096 Tesis.iq

UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI

ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

“ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DE LA FORMULACIÓN Y DEL

PROCESO DE ELABORACIÓN EN LA CALIDAD DE DIFERENTES

TIPOS DE RECUBRIMIENTOS ARQUITECTÓNICOS PARA UNA

FÁBRICA DE PINTURAS”

REALIZADO POR:

JACKELINE ROSMERY RICO JARAMILLO

Trabajo de Grado Presentado ante la Universidad de Oriente como

Requisito Parcial para Optar al Título de INGENIERO QUÍMICO

PUERTO LA CRUZ, FEBRERO DE 2010.





“ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DE LA FORMULACIÓN Y DEL

PROCESO DE ELABORACIÓN EN LA CALIDAD DE DIFERENTES

TIPOS DE RECUBRIMIENTOS ARQUITECTÓNICOS PARA UNA

FÁBRICA DE PINTURAS”

REALIZADO POR:

Jackeline Rico

Ing. Quím. Alexis Cova M.Sc.

Asesor Académico

PUERTO LA CRUZ, FEBRERO DE 2010





JURADO

Ing. Químico Fidelina Moncada

(M.S.C.)

Ing. Quím. Shirley Marfisi

M.Sc. Dra

Jurado Principal Jurado Principal

___________________________________

Ing. Quím. Alexis Cova M.Sc.

Asesor Académico

PUERTO LA CRUZ, FEBRERO DE 2010

RESOLUCIÓN

De acuerdo al artículo 41 del reglamento de trabajos de grado de la

Universidad de Oriente:

“Los trabajos de grado son de exclusiva propiedad de la Universidad de

Oriente y sólo podrán ser utilizados a otros fines con el consentimiento del

Consejo de Núcleo respectivo, quien lo participará al Consejo Universitario”.

iv

DEDICATORIA Este trabajo está dedicado a mis amados padres y hermanos, por su amor y

apoyo incondicional.

Y por último, a todos los estudiantes de esta carrera, espero que este

trabajo les permita despejar sus dudas e inquietudes y les sirva de ayuda en futuras

investigaciones.

v

AGRADECIMIENTOS

Primeramente, le doy gracias a Dios y a la Virgen, por darme la fortaleza

que me permitió levantarme después de mis caídas, sabiduría para comprender y

aprender de mis errores y finalmente, por guiarme por el mejor camino para

culminar en buen término la redacción de este trabajo de grado.

A mi mami Emma Jaramillo mi gran amiga por su amor incondicional,

por haber luchado a lomo partido por mí y todos mis hermanos, gracias por ser mi

madre, estoy muy orgullosa de ti. A mi papa Alfredo Rico que ha sido mi ejemplo

a seguir, por el ingenio que tiene para resolver los problemas que se te presentan,

siempre me hace ver las cosas más sencillas de lo que son, tú, quién me encamino

por esta carrera, además de darme tu apoyo en todo momento. A Ingrid que se ha

portado especial conmigo y con mis hermanos, siempre has estado pendiente de

todo lo que nos pasa, te quiero mucho. A mis hermanos Alfredito, Leonardo,

Alfonzo, Uvairis, Nathaly, Natasha, Yairubis y el consentido de la casa Jesús

Alfredo, a todos por su amor, su compañía y porque siempre han estado allí para

mí, por ayudarme en todo lo que pueden, gracias hermanos los amo. A mis

sobrinos que me dan felicidad de sólo verlos.

A mis tías Jackeline y Merida, mujeres valientes y luchadoras, ejemplos

a seguir, gracias por haberme dado algo de ustedes.

A mis amigas y compañeras de clases, Nathaly, Zubel, Mariangel y

Lina, por su motivación a seguir estudiando cuando ya yo no quería continuar, sí

se puede.

A mis siempre amigas y hermanas Anais, Maria, Monica, Yelitza y

Yorlenis, siempre he contado con ustedes son únicas, sencillas, inteligentes,

emprendedoras, cariñosas y optimistas, gracias por su apoyo.

Gracias al profesor Alexis Cova por ser mi guía en la elaboración y

redacción de este trabajo.

Un agradecimiento especial a los integrantes de Pinturas América, por

haberme dado la oportunidad de realizar esta investigación, además de brindarme

las herramientas y conocimiento necesario para su elaboración.

vi

RESUMEN El objetivo de esta tesis fue evaluar las características de los diferentes tipos

de recubrimientos arquitectónicos base agua, producidos por la empresa Pinturas

América C.A., para lo cual fue necesario establecer las propiedades de los

componentes asociados al producto y detallar las etapas de formulación. El trabajo

se inició analizando las fórmulas y procedimientos originales de la empresa, los

cuales posteriormente se variaron de manera controlada a fin de obtener de

resultados tendentes a mejorar su calidad, teniendo presente que el producto a

obtener debe poseer características tales como: fácil aplicación o esparcimiento,

bajo escurrimiento y a su vez permanecer lo más homogénea posible en el

interior del envase entre otras. Antes de variar la composición de las formulas

originales de las pinturas se estudio su comportamiento, obteniéndose que las

mismas presentan las características de un fluido no Newtoniano, tipo

pseudoplástico, dado que la viscosidad obtenida disminuyó a medida que se

aumentó la velocidad de corte. También se apreció en las pinturas analizadas el

fenómeno de tixotropía, es decir, que la viscosidad de las pinturas disminuyó a

través del tiempo una vez en reposo el producto. Entre las pruebas realizadas

están las variaciones en la composición del espesante, inicialmente se aumentó y

disminuyó en un 20 % el espesante en la fórmula original obteniéndose que dicha

variación sólo influye en la viscosidad a velocidades de corte bajas, en este caso

en el rango de 3 a 10 rpm, y al incrementarse la velocidad de corte no hay una

variación de viscosidad significativa, por ejemplo para un 20 % más de espesante

a 60 rpm la viscosidad tiene un valor de 1208 centipoise, mientras que para la

misma velocidad y a un 20% menos, el valor de la viscosidad es de 1270 cp; es

decir las velocidades de corte baja influyen en la apariencia final de las pinturas,

ya que la diferencia mostrada entre las pinturas con mayor o menor espesante es

que tan liquida o espesa se visualiza la pintura en el envase. Cabe destacar que

luego de realizar las variaciones de composición de espesante señaladas las

pinturas mantuvieron su comportamiento pseudoplástico. Posteriormente se

efectuaron cambios en la velocidad de agitación comprendidos en un rango desde

500 a 1500 rpm en la etapa de dispersión de la fabricación de las pinturas, así

vii

como también se evaluó la variación del cambio en el porcentaje de agua

disminuyéndola desde un 80% hasta un 20% en la misma etapa de dispersión a

fin de evaluar el grado de finura. Es importante acotar que la finura de las pinturas

analizadas sin hacer cambios en la formulación y agitación fue de 3,5 Hegman,

mientras que al hacerle cambios en el procedimiento de elaboración y agitación la

medida obtenida fue de 6,5 Hegman. Se analizó el comportamiento reológico de

las pinturas a las diferentes finuras (3,5 y 6,5 Hegman), obteniéndose un

incremento de la viscosidad de aproximadamente 12000 cp a velocidades de corte

baja para pinturas con finura 6,5 Hegman; es decir al tener una buena dispersión

de los pigmentos en las pinturas se obtendrán viscosidades altas, lo que

disminuiría los costos de producción porque se podría reformular la pintura

disminuyéndole el contenido de espesante. Finalmente se compararon las pinturas

analizadas con otras de marcas reconocidas y de amplia aceptación por el

mercado, y los resultados fueron similares en comportamiento reológico.

viii

INDICE RESOLUCIÓN............................................................................................. iv

DEDICATORIA............................................................................................ v

AGRADECIMIENTOS................................................................................ vi

RESUMEN .................................................................................................. vii

INDICE......................................................................................................... ix

LISTA DE TABLAS .................................................................................. xiv

CAPÍTULO I ............................................................................................... 16

1 Introducción .......................................................................................... 16

1.1 Reseña histórica ................................................................................. 16

1.2 Ubicación de la empresa ..................................................................... 16

1.3 Planteamiento del problema................................................................ 17

1.4 Objetivos de la Investigación .............................................................. 18

1.4.1 Objetivo General ................................................................... 18

1.4.2 Objetivos específicos ............................................................ 18

CAPÍTULO ii .............................................................................................. 19

2 Marco teórico ........................................................................................ 19

2.1 Antecedentes ....................................................................................... 19

2.2 Generalidades sobre las pinturas........................................................ 20

2.2.1 Pintura ................................................................................... 20

2.2.2 Pinturas acrovinílicas ............................................................ 20

2.2.3 Clasificación de las pinturas acrovinílicas ............................ 20

2.3 Viscosidad........................................................................................... 21

2.3.1 Esfuerzo de corte o cizalla (τ) ............................................... 24

2.4 Formulación de las pinturas ................................................................ 26

2.4.1 Concentración en volumen de pigmento (CVP) ................... 26

2.4.2 Concentración del volumen de pigmento crítica “CVPC”.... 27

2.4.3 Densidad................................................................................ 28

2.4.4 Composición de las pinturas arquitectónicas base agua ....... 29

2.4.4.1 Polímeros formadores de película .................................... 30

2.4.4.2 Pigmentos ......................................................................... 30

ix

Tabla 2.1 Índices de refracción de pigmentos, extendedores y otros. [7] .. 32

2.4.4.3 Descripción de algunos extendedores minerales y

polímeros opacos....................................................................................... 32

2.4.4.4 Dispersantes de pigmentos y cargas ................................. 36

2.4.4.5 Aditivos ............................................................................ 38

2.4.5 Reología de la base de molienda........................................... 42

CAPÍTULO iii ............................................................................................. 44

3 Metodología .......................................................................................... 44

3.1 Análisis de las propiedades fisicoquímicas y reológicas de las

pinturas tipo a, b y c, según la fórmula actual......................................................... 44

3.1.1 Determinación de pH ............................................................ 44

3.1.2 Determinación de la viscosidad mediante viscosímetro

Brookfield KU-2. .......................................................................................... 45

Tabla 3.1 Valores de pH y viscosidades de las diferentes tipos de pinturas

evaluadas. .............................................................................................................. 45

3.1.3 Determinación del porcentaje de sólidos .............................. 46

3.1.4 Determinación de la densidad de las pinturas tipo A, B y C

según la fórmula actual. ................................................................................ 46

Tabla 3.2. Valores para determinar el porcentaje de sólido y la densidad de

los diferentes tipos de pinturas estudiadas.

Pintura Cápsula vacía (g) Cápsula llena húmeda(g)

Cápsula llena seca (g) Picnómetro vacio (g)

Picnómetro lleno (g)

A 78,66 88,66 84,34 130,00 250,62B 72,60 81,60 77,33 130,00 248,14C 84,77 94,77 89,60 130,00 245,62............................................................................................................................... 47

Tabla 3.3. Tamaño y distribución de partículas de los diferentes

recubrimientos....................................................................................................... 47

3.1.5 Determinación del comportamiento reológico de las pinturas

tipo A, B y C, según la fórmula actual.......................................................... 48

x

3.2 Determinación de las composiciones adecuadas de espesantes

celulósicos o acrílicos que permitan la reducción de los problemas de sinéresis

y tixotropía de estos recubrimientos ....................................................................... 48

Tabla 3.4. Valores de viscosidad y de torque reportados por el viscosímetro

Brookfield a diferentes velocidades y empleando la aguja 63 (formula actual). 49


Brookfield a diferentes velocidades y empleando la aguja 64 (formula actual) ... 50

Tabla 3.6 Efecto del tiempo de almacenamiento en las viscosidades de las

............................................................................................................................... 50

pinturas (fórmula actual) ............................................................................. 50

Tabla 3.7 Efecto reológico para una pintura, disminuyendo la cantidad de

Hidroxietilcelulosa usando el viscosímetro Brookfield a diferentes velocidades y

empleando las agujas 63. ...................................................................................... 51

Tabla 3.8. Efecto reológico para una pintura, aumentando la cantidad de


empleando la aguja 63........................................................................................... 52

Tabla 3.9. Efecto reológico para una pintura, usando un espesante acrílico,

viscosímetro Brookfield empleando la aguja 63................................................... 52

Tabla 3.10 Efecto en el comportamiento reológico de otra marca comercial

empleando la aguja 64 del Brookfield. ................................................................. 53

Tabla 3.11 Efecto en el comportamiento reológico de la pintura Dominó

empleando la aguja 63y 64 del Brookfield. ......................................................... 53

3.3 Evaluación de la influencia de agitación en el comportamiento

reológico del producto............................................................................................ 54

Tabla 3.12. Viscosidad de una pintura tipo A, a diferentes velocidades y

tiempo de agitación. .............................................................................................. 55

Tabla 3.13 Datos de concentración de agua utilizada para la dispersión de

pigmento y cargas para la pintura tipo A. ............................................................. 56

3.4 Establecer la mejor relación calidad-precio, en base a las

modificaciones necesarias (pigmentos, cargas, espesantes y resina) en la

formulación de las pinturas estudiadas ................................................................... 57

xi

Tabla 3.14 Datos de velocidad, porcentaje de torque y viscosidad

reportados por el viscosímetro Brookfield, utilizando la aguja 63 y 64, para una

pintura tipo A de finura 6,5 Hegman. ...................................................... 57

Tabla 3.15 Determinación de la viscosidad de una pintura tipo A, a

diferentes velocidades de agitación....................................................................... 58

Tabla 3.16 Cambios realizados a las pinturas tipo A, B y C (formulación

propuesta).............................................................................................................. 58

Tabla 3.17 Parámetros de calidad para una pintura tipo B de diferentes

marcas en el mercado. ........................................................................................... 59

3.5 Equipos, materiales y sustancias ......................................................... 59

3.5.1 Equipos.................................................................................. 59

3.5.2 Materiales.............................................................................. 59

3.5.3 Sustancias:............................................................................. 60

3.6 Muestra de cálculos............................................................................. 60

3.6.1 Viscosidad y pH promedio.................................................... 60

3.6.2 Porcentaje de sólidos............................................................. 61

3.6.3 Determinación de la densidad de los recubrimientos............ 61

3.6.4 Determinación de la concentración de volumen de pigmento

(CVP). 62

CAPITULO iv ............................................................................................. 65

4 RESULTADOS, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........ 65

4.1 ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS Y

REOLÓGICAS DE LAS PINTURAS TIPO A, B y C, SEGÚN LA FÓRMULA

ACTUAL 65

Tabla 4.1 Parámetros fisicoquímicos de los diferentes tipos de pinturas

(formula actual)..................................................................................................... 65

4.2 DETERMINACIÓN DE LAS COMPOSICIONES ADECUADAS

DE ESPESANTES CELULÓSICOS O ACRÍLICOS QUE PERMITAN LA

REDUCCIÓN DE LOS PROBLEMAS DE SINÉRESIS Y TIXOTROPÍA DE

ESTOS RECUBRIMIENTOS ................................................................................ 69

xii

4.3 EVALUACIÓN DE LA INFLUENCIA DE AGITACIÓN EN EL

COMPORTAMIENTO REOLÓGICO DEL PRODUCTO .................................. 73

4.4 RELACIÓN CALIDAD-PRECIO, EN BASE A LAS

MODIFICACIONES NECESARIAS (PIGMENTOS, CARGAS,

ESPESANTES Y RESINA) EN LA FORMULACIÓN DE LAS PINTURAS

ESTUDIADAS........................................................................................................ 76

Tabla 4.2 Parámetros de calidad de los diferentes tipos de pinturas

propuestas.............................................................................................................. 76

Tabla 4.3 Precios por galón de distintas marcas en el mercado .................. 77

4.5 CONCLUSIONES .............................................................................. 79

4.6 RECOMENDACIONES..................................................................... 81

BIBLIOGRAFIA ......................................................................................... 82

Anexo a........................................................ ¡Error! Marcador no definido.

Anexo B....................................................... ¡Error! Marcador no definido.

xiii

LISTA DE TABLAS Tabla 2.1 Índices de refracción de pigmentos, extendedores y otros. [7] .. 32

Tabla 3.1 Valores de pH y viscosidades de las diferentes tipos de pinturas

evaluadas. .............................................................................................................. 45

Tabla 3.2. Valores para determinar el porcentaje de sólido y la densidad de

los diferentes tipos de pinturas estudiadas. ........................................................... 47


recubrimientos....................................................................................................... 47


Brookfield a diferentes velocidades y empleando la aguja 63 (formula actual). 49


Brookfield a diferentes velocidades y empleando la aguja 64 (formula actual) ... 50


............................................................................................................................... 50

pinturas (fórmula actual) ............................................................................. 50

Tabla 3.7 Efecto reológico para una pintura, disminuyendo la cantidad de


empleando las agujas 63. ...................................................................................... 51

Tabla 3.8. Efecto reológico para una pintura, aumentando la cantidad de


empleando la aguja 63........................................................................................... 52

Tabla 3.9. Efecto reológico para una pintura, usando un espesante acrílico,

viscosímetro Brookfield empleando la aguja 63................................................... 52

Tabla 3.10 Efecto en el comportamiento reológico de otra marca comercial

empleando la aguja 64 del Brookfield. ................................................................. 53


empleando la aguja 63y 64 del Brookfield. ......................................................... 53


tiempo de agitación. .............................................................................................. 55

Tabla 3.13 Datos de concentración de agua utilizada para la dispersión de

pigmento y cargas para la pintura tipo A. ............................................................. 56

xiv


reportados por el viscosímetro Brookfield, utilizando la aguja 63 y 64, para una

pintura tipo A de finura 6,5 Hegman. ...................................................... 57


diferentes velocidades de agitación....................................................................... 58

Tabla 3.16 Cambios realizados a las pinturas tipo A, B y C (formulación

propuesta).............................................................................................................. 58


marcas en el mercado. ........................................................................................... 59


(formula actual)..................................................................................................... 65


propuestas.............................................................................................................. 76

Tabla 4.3 Precios por galón de distintas marcas en el mercado .................. 77

xv

CAPÍTULO I 1 Introducción

1.1 Reseña histórica

Pinturas América C.A., inició sus operaciones en el año 1996 como empresa

productora de pinturas. Para esa misma fecha inauguró su primera tienda

asegurando la distribución y venta de sus productos. Empezó con una capacidad

productiva de 400 litros diarios. Con el pasar de los años, las oportunidades de

crecimiento fueron aumentado, logrando así la expansión y traslado de la planta al

sector industrial de la ponderosa, obteniendo una mejor ubicación y un galpón

con mayores dimensiones y condiciones, llegando a una capacidad de producción

de 4.000 litros por día.

1.2 Ubicación de la empresa

La empresa se encuentra ubicada en el sector industrial la Ponderosa,

manzana 20, calle 18 de octubre, en Barcelona, estado Anzoátegui, una referencia

del lugar se indica en la figura 1.1

Figura 1.1 Ubicación de la empresa Pinturas América C.A

Fuente: http://earth.google.es. Fecha de actualización imágenes 19/05/2009

17

1.3 Planteamiento del problema

Durante el tiempo de operación de la planta, se han realizado (por diferentes

motivos) cambios de proveedor o materia prima y se han observado que algunas

propiedades reológicas de las pinturas obtenidas han disminuido en cuanto a su

calidad previa, como por ejemplo los parámetros de estabilidad, dispersión,

brochabilidad y poder cubriente. Otro problema que están presentando algunos de

los recubrimientos elaborados es el efecto conocido como piel de naranja, que son

pequeñas concavidades que quedan en la superficie del recubrimiento, y otorga

poca suavidad a la película formada.

En cuanto a la aplicación en húmedo, la misma presenta un bajo

cubrimiento, motivado entre otras causas al uso de extendedores, que sustituyen

en parte al pigmento. Por otra parte, es importante destacar que estas pinturas

están formuladas con espesantes celulósicos, los cuales confieren viscosidad a

través de un mecanismo conocido como floculación por deflexión (depletion

flocculation), el cual consiste en una región intercoloidal que es deflexionada por

el polímero, en donde el mismo no es absorbido y permanece libre en el medio de

dispersión. La deflexión causa una difusión del solvente entre el polímero y las

partículas coloidales para disminuir el gradiente de concentración lo que produce

el conglomerado o agregado de partículas coloidales. Cabe destacar, el

comportamiento de estos espesantes muchas veces no es el ideal, ya que presenta

baja resistencia al salpicado, nivelación y fluencia.

Como consecuencia de lo antes mencionado y con el objeto de alcanzar

una reología óptima, que mejore las condiciones de estabilidad y aplicación de las

pinturas estudiadas, se realizaron pruebas con otros tipos de espesantes, así como

una evaluación cuidadosa de los balances de cargas, pigmentos y aditivos para

varias composiciones (fórmulas), análisis de los métodos y condiciones de

procesamiento empleados a fin de obtener el resultado más apropiado en cuanto a

calidad y precio en el producto final, lo cual se traduce en beneficios para las

ventas.

La empresa produce diversos tipos de recubrimientos, tales como

grafiado, pasta profesional, texturizado, antialcalino, terracota proyectada y

pinturas arquitectónicas, los cuales tienen aplicaciones específicas en el ámbito de

la construcción y decoración. De estos productos, destacan tres clases de pinturas

base agua, las cuales tienen mayor demanda. Éstas están clasificadas según sus

propiedades, en tipos A, B y C, las cuales fueron el objeto de estudio del presente

trabajo.

Los objetivos planteados, buscan mejorar las propiedades reológicas de las

pinturas indicadas, lo que indica una mejor durabilidad, nivelación, aplicación y

apariencia, que al ponerse en práctica se traducirían en un beneficio tanto para la

empresa (al mejorar la calidad y por ende las ventas del producto) como al

consumidor final (satisfacción y confianza en la pintura adquirida), y finalmente,

esta tesis servirá como referencia para el desarrollo de nuevas investigaciones en

la industria de los revestimientos.

1.4 Objetivos de la Investigación

1.4.1 Objetivo General

Estudiar la influencia de la formulación y del proceso de elaboración en la

calidad de diferentes tipos de recubrimientos arquitectónicos para la Fabrica

Pinturas América C.A.

1.4.2 Objetivos específicos

___Analizar las propiedades fisicoquímicas y reológicas de las pinturas tipo

A, B y C, según la fórmula actual.

___Determinar las composiciones adecuadas de espesantes celulósicos o

acrílicos que permitan la reducción de los problemas de sinéresis y tixotropía de

estos recubrimientos.

___Evaluar la influencia de la agitación en el comportamiento reológico del

producto.

___Establecer la mejor relación calidad-precio, en base a las modificaciones

necesarias (pigmentos, cargas, espesantes y resina) en la formulación de las

pinturas estudiadas.

19

CAPÍTULO II 2 Marco teórico

2.1 Antecedentes

En el año 2000, De Notta [1] realizó un trabajo que diserta sobre la

importancia de la reología en el comportamiento de los fluidos y hace mención

especial a las pinturas base agua y base alquidica, así como a las diferencias que

existen entre éstas. Otro aspecto que destaca es que un sistema tixotrópico exhibe

un descenso en la viscosidad como consecuencia de la acción de una fuerza de

cizalla. Por otra parte, menciona que los fabricantes del viscosímetro Brookfield

recomiendan el uso de muestras grandes (600 ml) para minimizar el efecto de las

paredes del recipiente donde se aloja el material y que los factores de conversión

utilizados para calcular la viscosidad no contemplan exactamente los efectos de

borde de las diferentes agujas que se emplean en el instrumento.

En el año 2001, Esplugas [2] señala que la reología es determinante en

la consecución de un acabado de calidad. En el artículo se mencionan algunos

ensayos reológicos llevados a cabo con distintos tipos de recubrimientos y

diferentes sustratos plásticos, así como imágenes de microscopía de las pinturas.

En el 2004, Maestro [3] estudió el comportamiento reológico en

sistemas sencillos de pinturas (específicamente combinación de espesante más

agua), encontró que estos sistemas tienen un comportamiento tixotrópico. Los

fluidos tixotrópicos son emulsiones, suspensiones o soluciones de

macromoléculas, entre las que se establecen fuerzas de unión físicas relativamente

débiles, por lo que son fáciles de destruir al aplicar un esfuerzo sobre el fluido.

Con frecuencia estas moléculas son cadenas largas o con ramificaciones, y es esta

morfología la que provoca que los cambios estructurales inducidos por cambios

de gradiente de esfuerzo de corte, muchas veces necesiten un período de tiempo

para producirse lo suficientemente grande como para ser observables los cambios

de viscosidad.

20

Estos trabajos recalcan la importancia de la composición adecuada del

espesante celulósico para el producto, dado el impacto del mismo en la zona de

baja velocidad de corte, así como también la importancia de la distribución del

tamaño de partícula en la influencia de la zona de alta velocidad cortante.

2.2 Generalidades sobre las pinturas

2.2.1 Pintura

La pintura es una dispersión de pigmento finamente dividido en un líquido

compuesto de una resina o aglutinante y un disolvente volátil. La parte líquida de

la pintura se conoce como vehículo [5]. Es un producto basado en ligantes,

pigmentos y aditivos, que cuando se aplica sobre un sustrato produce una película

cohesiva, relativamente impermeable al agua (no absorbente), protectora y

decorativa.

2.2.2 Pinturas acrovinílicas

Conocidas como pinturas arquitectónicas diluibles en agua o pinturas base

agua. Este tipo de pinturas se conocen también con el nombre de pinturas en emulsión

debido a que su ligante se fabrica a partir de una polimerización que inicia la reacción

en estado de emulsión, pero realmente es un producto que se encuentra en dispersión

[4].

2.2.3 Clasificación de las pinturas acrovinílicas

Las pinturas acrovinílicas para uso interior y/o exterior se clasifican según

sus propiedades en tres tipos, denotadas por las letras A, B y C; siendo la tipo A

la de mayor calidad y costo, y disminuyendo los mismos según la secuencia

correspondiente. Los mismas están generalmente compuestas por un polímero

formador de película (resina o ligante), pigmentos, cargas o extendedores, agua,

antiespumante, cosolvente, dispersante, preservante, agente coalescente, y aditivos

reológicos, la diferencia radica en las cantidades de materia prima.

Pintura tipo A: Esta fabricada con resina vini-acrilica, de acabado mate,

de excelente calidad, posee un alto poder cubriente, buena resistencia al fregado y

100% lavable.

21

Pintura tipo B: es de buena calidad, semilavable, se usa en todo tipo de

superficie tanto en interiores como exteriores.

Pintura tipo C: Es una pintura básica de fácil aplicación, de buena

resistencia a la intemperie y excelente relación costo-beneficio.

2.3 Viscosidad

Es la resistencia de un líquido a fluir. Para desarrollar un modelo de la

viscosidad en términos de cantidades medibles se establece una situación en la

cual un líquido está confinado entre dos platos paralelos. Un plano es movible y

el otro permanece estacionario y están separados una distancia X. El gradiente de

velocidad dv/dx “D” es referido como el flujo cortante (shear rate) y es uniforme

desde el tope hasta el fondo. Se puede expresar mediante la ecuación 2.1

XV

dxdvD ==

Ec. 2.1

Donde:

V: velocidad (cm/s)

X: espesor (cm)

D: s-1.

La viscosidad absoluta es una propiedad de los fluidos que indica la

mayor o menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas

cuando son sometidos a un esfuerzo cortante. Algunas unidades a través de las

cuales se expresa esta propiedad son el Poise (P), el Pascal-segundo (Pa-s) y el

centipoise (cp), siendo las relaciones entre ellas las siguientes: 1 Pa-s = 10 P =

1000 cp. La viscosidad absoluta suele denotarse a través de la letra griega µ. Es

importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la

temperatura, disminuyendo al aumentar ésta. Se define como la relación entre el

esfuerzo de corte aplicado y la velocidad de corte adoptada por el fluido, lo cual

se puede observar en la ecuación 2.2. La viscosidad en el sistema de unidades

c.g.s se expresa en Poise

22

( ) ( )

( )corte de velocidad Dcorte de esfuerzo τviscosidadµ =

Ec.2.2

Por otra parte la viscosidad cinemática es la relación entre la viscosidad

absoluta y la densidad de un fluido. Esta suele denotarse como υ, por lo cual υ =

µ/ρ. Algunas de las unidades para expresarla son m2/s, Stokes (St) y centistokes

(cSt), siendo las equivalencias las siguientes: 1 m2/s = 10000 St = 1x106 cSt.

Supóngase dos fluidos distintos con igual viscosidad absoluta, los cuales se harán

fluir verticalmente a través de un orificio. Aquél de los fluidos que tenga mayor

densidad fluirá más rápido, es decir, aquél que tenga menor viscosidad cinemática

[8]. Entre los instrumentos empleados para la medición de este importante

parámetro se tienen los siguientes equipos:

Viscosímetro Brookfield LV (centipoise, cp)

Por medio del mismo, se mide la viscosidad relativa de los diferentes

líquidos o fluidos industriales, debido a que la gran mayoría de estos presentan un

comportamiento no newtoniano, y por lo tanto, la viscosidad dependerá de la

velocidad de rotación que se elija para la aguja o vástago, y en un menor grado de

la forma del mismo. En la figura 2.1 se muestra un viscosímetro Brookfield LV.

Figura 2.1 Viscosímetro Brookfield

Estos equipos dan su lectura en centipoise (cps), pero para que un dato

quede completamente definido, deben incluirse otros parámetros como la

23

velocidad (rpm) a la cual se hizo la medida, aguja con la que se trabajo, y el

modelo utilizado (RV, LV, RVT, LVII, entre otros). Los modelos RV manejan

viscosidades altas mientras, que los LV son más limitados, por ejemplo, a 60 rpm,

alcanza una viscosidad igual o menor de 10.000 cps mientras que el RV puede

llegar a valores muchos más altos 40.000 ó 50.000 cps. Los modelos HA y HB

entregan torques muchos mayores y son muy usados en morteros, lodos, etc. La

tercera letra D o T significa si es digital o análogo, los números romanos

corresponden a la versión del modelo. Y por último el símbolo “+” significa que

tiene interfase con un computador.

Viscosímetro Brookfield KU ( unidades Krebbs, KU)

Este equipo determina la resistencia que presenta un fluido y la fuerza de

rozamiento que este ejerce sobre una paleta que gira. Este es el viscosímetro ideal

para pinturas, ya que posee alto esfuerzo de corte o cizallamiento, y es el

indicado para relacionar la viscosidad a una propiedad puntual de desempeño de

un producto, como por ejemplo, su comportamiento a la brocha (brochabilidad).

El viscosímetro es mostrado en la figura 2.2.

Figura 2.2 Viscosímetro Brookfield KU

24

2.3.1 Esfuerzo de corte o cizalla (τ)

Se define como la fuerza por unidad de área necesaria para alcanzar una

dada deformación. Las unidades de esta magnitud son dinas / cm2. Expresada en

la ec 2. AFτ = Ec. 2.3

Donde:

F: fuerza (dinas)

A: área (cm2)

2.3.2 Reología

La reología es la ciencia que estudia la deformación de la materia. Esto se

refiere al comportamiento de un material cuando se le aplica o imparte una fuerza

determinada. En las pinturas base agua los aditivos reológicos juegan un papel

importante en las propiedades del fluido, en cada una de las etapas de fabricación

de las pinturas, hasta la aplicación del revestimiento. en cuanto a que determinan

las siguientes propiedades:

Viscosidad

Lavabilidad

Resistencia a la abrasión en húmedo

Estabilidad en el almacenamiento

Salpicado durante la aplicación

Nivelación

Tiempo abierto

Sedimentación

Estabilidad de la dispersión

Existen dos tipos diferentes de comportamientos reológicos bien

marcados: fluidos newtonianos y fluidos no newtonianos. En el primero la

viscosidad es constante independientemente del esfuerzo de corte al cual se

somete el fluido y en el segundo la viscosidad depende del esfuerzo de corte

25

aplicado. Un gráfico de esfuerzo de corte ó viscosidad en función de la velocidad

de corte se conoce como reograma.

τ µ

D D

Figura 2.3 Curvas de fluidez y de viscosidad para un fluido newtoniano.

El reograma para un fluido newtoniano es una línea recta cuya

pendiente es la viscosidad, como se muestra en la figura 2.3.

La mayoría de los materiales con alguna significancia industrial son no

Newtonianos.

Hay varios tipos de comportamientos no Newtoniano entre los cuales se

pueden mencionar:

___Flujo dilatante: La viscosidad aumenta a medida que aumenta el

esfuerzo de corte al cual es sometido el fluido.

___Flujo pseudoplástico: La viscosidad disminuye a medida que aumenta el

esfuerzo de corte sobre el fluido.

___Flujo de Bingham o plástico: El producto presenta un valor umbral de

esfuerzo de corte (ty), el cual es necesario sobrepasar para que el fluido se ponga

en movimiento.

Flujo tixotrópico: el producto disminuye la viscosidad con el paso del

tiempo.

___Flujo reopéptico: el producto aumenta la viscosidad con el paso del

tiempo.

26

2.4 Formulación de las pinturas

Las propiedades de una pintura o recubrimiento dependen de las variables

de la formulación. Luego de realizada una adecuada selección de las materias

primas, se debe definir la relación cuantitativa entre los diferentes componentes

del producto, los cuales determinan las propiedades de la película.

Con las pinturas se usan tantas fórmulas referidas en peso como en

volumen. Las indicaciones referidas al peso ya están predeterminadas por la

fabricación de las pinturas en el laboratorio y la fábrica; también se utilizan para

el control del perfil de propiedades de la pintura líquida, como por ejemplo,

viscosidad, estabilidad de almacenamiento, comportamiento de sedimentación,

brochabilidad, nivelación y secado, por nombrar solamente algunas.

El estado final de una pintura, sin embargo, es la película sólida seca,

que consta solamente de los componentes no volátiles de la fórmula. Para la

película de pintura sólida vale se aplica otro perfil de propiedades. Éste

comprende el grupo de propiedades ópticas, al cual pertenece también el poder

cubriente, propiedades mecánicas (por ejemplo tensión de la película) y

propiedades de estabilidad (por ejemplo, la exposición a la intemperie o

temperatura) [6].

2.4.1 Concentración en volumen de pigmento (CVP)

La CVP es una magnitud de cálculo esencial, definida como la relación del

pigmento respecto al volumen total de la película de pintura, expresada en

porcentaje. Se ha generalizado como “volumen de pigmento” a la suma de

volumen de pigmento más la carga. En consecuencia, se debería hablar de la

“CVP total”, la cual está definida en la ec. 2.4:

( )( )

x100LVolumen CVolumen PVolumen

CVolumen PVolumen totalCVP++

+=

Ec. 2.4

Donde: P es pigmento; C es carga y L es ligante.

27

La ec. 2.4 indica que se tienen que expresar los valores numéricos en

función del volumen de los productos sólidos del recubrimiento, para lo cual se

hace uso de la densidad de cada uno de los productos. El peso o la masa de cada

componente de la pintura se conocen en la formulación de la misma, ya que

generalmente está expresada en kilogramos. Para la densidad, se recurre a la

consulta en tablas o al cálculo experimental, considerando que debe ser en base

seca.

Cuando la CVP se aproxima al 100 %, quiere decir que la pintura contiene

muy poca cantidad de resina, lo que equivale a una pintura económica y de bajo

desempeño. Cuando tiende a 0 %, quiere decir que el contenido de resina es muy

alto, con lo cual seguramente se tendrá un muy alto desempeño, un alto costo, y

posiblemente un acabado brillante.

2.4.2 Concentración del volumen de pigmento crítica “CVPC”

La CVPC es la concentración precisa de pigmento activo e inactivo en

volumen para que justamente se rellenen todos los espacios libres entre las

partículas de los mismos (pigmentos y extendedores), sin que exista un exceso de

ligante sólido presente entre ellas. Esta concentración se puede considerar como

el punto de equilibrio, en donde la resina o ligante en la formulación es suficiente

para rodear todas y cada una de las partículas de pigmento y extendedores, sin

alcanzar a cumplir su verdadera función de ligante entre estos y el sustrato sobre

el que aplica el recubrimiento. Lo cual, es correspondiente con el índice de

absorción verdadero de cada pigmento y extendedor, obtenido con el vehículo

sólido que se utiliza en cada formulación.

La determinación de esta propiedad debe hacerse experimentalmente,

debido a la dependencia de una gran cantidad de variables, tales como:

___Porosidad, tamaño y distribución de partículas de cada uno de los

pigmentos activos e inactivos.

___Tamaño y distribución del tamaño de partícula del ligante sólido.

___Coalescencia de la película.

28

Los dos métodos más usados para la determinación de la CVPC están

asociados a la tensión superficial de la película y a la porosidad. El primer método

se basa en que justo en el punto de la CVPC de una formulación se tiene la

máxima tensión superficial de la película, es decir, sí se hacen varias pinturas con

las mismas materias primas y diferentes CVP, al hacer las aplicaciones sobre una

leneta especial, después de un tiempo, éstas empiezan a curvarse; con el CVP que

se logre la mayor curvatura, será el punto experimental, definido como CPVC, es

decir, en este punto CVP=CVPC.

El segundo método se basa en que la porosidad de la película se

comienza a presentar a partir de la CVPC, y se va incrementando en la medida

que la CVP es mayor. La forma como se manifiesta esta porosidad se determina

por medio de la mancha de gilsonite o asfalto natural, es decir, al igual que en el

método anterior, a partir de las mismas materias primas se fabrican varias pinturas

con diferentes CVP, posteriormente sobre la película seca se aplica la gilsonite, y

se define como CVPC, aquél CVP a partir del cual hay manchado de la misma.

Debido a que los chequeos son complejos, largos y requieren

condiciones especiales, se propone como una aproximación, valorar este concepto

mediante la ec. 2.5:

( )( )

100* AVolumen CVolumen PVolumen

CVolumen PVolumen Crítico CVP++

+= Ec.2.5

Donde: A es la absorción de agua de pigmentos y extendedores.

Si la CVP > CVPC, se tiene una deficiencia de aglomerante o ligante,

por lo cual se tendrá una pintura con alta permeabilidad de la película, baja

cohesión y elasticidad, baja intensidad del color en tonos profundos (debido a la

fuerza de tinturación de los extendedores que aunque baja, están presentes en un

gran volumen), bajo brillo y alta porosidad.

2.4.3 Densidad

Es simbolizada habitualmente por la letra griega y denominada en

ocasiones masa específica, es una magnitud referida a la cantidad de masa

contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o

29

relativos. La densidad absoluta expresa la masa por unidad de volumen, mientras

que la densidad relativa es la relación entre la densidad de una sustancia y una

densidad de referencia, resultando una magnitud adimensional y, por tanto, sin

unidades. Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la

del agua, mientras que para los gases es el aire.

Con la formulación expresada en peso y haciendo uso de las densidades

en base seca, se pueden calcular los volúmenes que ocuparán cada uno de los

componentes sólidos de la pintura seca. El valor de la densidad (ρ) de la resina en

base seca se puede hallar experimentalmente, tomando una muestra de la resina

seca, pesándola y calculando el volumen que ocupa (por desplazamiento de agua),

también de manera teórica, este dato se puede calcular con un buena aproximación

a partir de la hipótesis de que los volúmenes son aditivos, obteniéndose la

ecuación 2.6:

sólidos) %(100

húmeda resina ρ100

sólidos de % seca resina ρ−−

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ Ec.2.6

El porcentaje de sólidos se puede determinar mediante la ecuación:

( )x100húmeda pintura

seca pintura-húmeda pintura100Sólidos % −=

Ec.2.7

2.4.4 Composición de las pinturas arquitectónicas base agua

Es función del formulador decidir la relación óptima en que se debe utilizar

el ligante, pigmentos activos e inactivos, y demás componentes para conseguir

entre otras un costo mínimo con el máximo poder cubriente, grado de brillo

deseado, buena resistencia a la abrasión así como propiedades adecuadas de

aplicación en líquido.

30

2.4.4.1 Polímeros formadores de película

Los formadores de película conocidos como ligante o resina constituyen uno

de los componentes fundamentales para las pinturas. Estos materiales tienen la

característica de unir las partículas dispersas de pigmentos y cargas sobre un

sustrato formando una película continua. A continuación, se presentan brevemente

las resinas utilizadas para la fabricación de pinturas base agua:

___Acrílicas puras: son resinas fabricadas a partir del ácido acrílico y sus

derivados (ésteres acrílicos).

___Acrílicas estirenadas: son resinas fabricadas a partir del ácido acrílico y

sus derivados (ésteres acrílicos), en mezcla con el monómero estireno.

___Vinílicas puras: son resinas fabricadas a partir del monómero vinil

acetato.

___Vinil acrílicas: son resinas fabricadas a partir del monómero vinil

acetato, en mezcla con los derivados del ácido acrílico.

Las funciones de las resinas son: aglutinar los pigmentos, promover

adherencia, flexibilidad, brillo, durabilidad, resistencia. Las dispersiones

poliméricas se diluyen con agua, aunque también puede realizarse con algún

disolvente selectivo.

2.4.4.2 Pigmentos

Se definen como partículas sólidas finas e insolubles en el vehículo. De

acuerdo con su origen, los pigmentos pueden clasificarse en naturales y sintéticos,

dividiéndose a su vez cada uno de estos grupos en orgánicos e inorgánicos. Los

pigmentos son los encargados de dar color y opacidad a la pintura, y de acuerdo a

estas propiedades se conocen como activos e inactivos.

Pigmentos activos:

Usualmente, se designan como pigmentos blancos o coloreados activos

aquellas sustancias blancas o coloreadas, cuyo índice de refracción sea mayor a

1,7. Un pigmento es activo cuando provee color y opacidad a la pintura, mientras

que los inactivos no logran proveer color y opacidad a la pintura. En rigor, aquí

entra en juego el concepto del CVP como parámetro de formulación, ya que un

31

pigmento inactivo puede contribuir al cubrimiento a CVP cercanos o por encima

del CVPC.

Pigmentos inactivos:

Si el índice de refracción es menor a 1,7 se habla de pigmentos inactivos o

extendedores. Estos sirven para incrementar el volumen de los recubrimientos o

pinturas, como también para modificar y mejorar las propiedades técnicas y

ópticas de la película. Su gran importancia radica principalmente en que se usan

como sustitución parcial del pigmento activo, desde el punto de vista espacial,

esto a raíz de que los extendedores o cargas entran a competir en espacio con el

pigmento aumentando el rendimiento de éste, es decir distribuyéndolo o

extendiéndolo.

Los extendedores también sirven para modificar las propiedades ópticas de

un sistema pigmentado, por ejemplo a través de la influencia que ejercen en el

estado de dispersión del pigmento, lo cual es una propiedad muy importante de las

cargas especialmente finas y laminares, y una condición decisiva para el

aprovechamiento óptimo de los pigmentos como también para la economía de los

recubrimientos de emulsión. Las propiedades en las que las cargas influyen

directamente son la resistencia a la intemperie, la resistencia al frote, el mateado o

disminución del brillo, la reología, la sedimentación, el agrietamiento, la tensión

de la película, para mencionar solamente algunas. Debido a su baja densidad, las

cargas actúan como extendedores o diluyentes, ya que aumentan el volumen de la

formulación. En razón a todas estas propiedades, las cargas minerales son

materias primas muy importantes en la fabricación de pinturas de emulsión.

Las cargas son blancas en estado seco, pero son incoloras y casi

transparentes cuando están humectadas por un ligante o vehículo, debido a que el

valor del índice de refracción de las cargas es muy cercano al de los aglomerantes.

El índice de refracción de la mayoría de las cargas usadas corrientemente se

encuentra entre 1,45 y 1,64 (tabla 2.1). Los ligantes a su vez tienen un índice de

refracción aproximado de 1,5, por tal razón una carga no provee propiedades

colorantes directas en el ligante, debido a que prácticamente no existe una

32

diferencia notable entre el índice de refracción de la carga y el medio circulante,

en este caso el ligante o vehículo.

Tabla 2.1 Índices de refracción de pigmentos, extendedores y otros. [7]

Producto Índice de Refracción

Relacionado al vacío (γ =589,3 nm)

Talco 1,55

Caolín 1,56

Carbonato de calcio 1,59

Dolomita 1,60

Tierras diatomeas 1,45

Mica 1,58

Barita 1,64

Dióxido de titanio (Anatasa) 2,55

Dióxido de titanio (Rutilo) 2,70

Resina alquídica 1,53

Resina poliacrílica en

emulsión

1,48

Vacío 1,0000

Aire 1,0003

Agua 1,33

2.4.4.3 Descripción de algunos extendedores minerales y polímeros opacos

A) Carbonato de calcio natural:

Cuantitativamente es uno de los rellenos más importantes que se usa en

pinturas de emulsión. Se encuentran en diferentes tamaños de partículas y también

de brillo. Su amplio uso se debe a su bajo costo y su bajo índice de absorción de

aceite que permite ser usado en altas cantidades, lo cual favorece el costo total de

la formulación de la pintura. Se encuentra en la naturaleza como calcita cristalina

de forma nodular y como Creta de constitución terrosa e irregular. El carbonato de

calcio es ligeramente soluble en agua, pero esto no es un problema para las

33

pinturas arquitectónicas acuosas, porque sus partículas para el caso de una CVP

inferior a la CVPC estarían encapsuladas por un polímero resistente al agua.

El carbonato de calcio al ser soluble en ácidos diluidos hace que no sea

una buena opción para recubrimientos que deban tener cierto grado de resistencia

química. Por otra parte, ocupa el segundo lugar.

En cuanto a su capacidad de trasmitir la luz ultravioleta, esto hace que

no sea la primera opción a la hora de formular una pintura para exteriores, lo cual

se suma a su conocido efecto desfavorable de entizamiento en la película de la

pintura. Por su forma nodular, los carbonatos de calcio de partícula fina (1 µm o

menos % A. A = 25 %), son buenos en el efecto de extender el bióxido de titanio

versus los de partícula gruesa (4 µm, % A.A = 21 %) que no lo son, pero ayudan

a que la CVPC sea más alta por su baja absorción. Las dolomitas (carbonato de

calcio y de magnesio) tienen para un mismo tamaño de partícula, absorciones de

aceite más bajas que las de un carbonato de calcio tipo calcita, por esto son

ventajosas en la estrategia de subir la CVPC.

B) Talco:

Por su mayor valor de absorción de aceite (42,3 % en talcos malla 400) y su

elevado contenido de óxido de hierro (alrededor de 6 %), no es tan usado como el

carbonato de calcio en pinturas, pero sus propiedades particulares lo hacen una

excelente alternativa cuando se quieren lograr ciertos desempeños. El talco se

encuentra en diferentes grados de molienda, aunque por su estructura laminar,

tiene una relación de aspecto que dificulta la obtención de tamaños de partícula

tan finos como los que se obtienen con un carbonato de calcio; no obstante a lo

anterior, las cargas laminares como el talco son más eficientes que las nodulares

para mejorar la distribución de las partículas del dióxido de titanio aún cuando se

trate de tamaños de partícula un poco más gruesos.

Por otra parte, está comprobado que la estructura laminar del talco le

imparte a la película de pintura una estructura de apilamiento en forma de tejas

que dificulta la entrada de suciedad a la película de pintura, esto favorece el

comportamiento en la prueba de mancha de gilsonite aunque estrictamente

34

hablando, no se trata de un incremento en la CVPC, pues su absorción de aceite es

alta.

El talco es insoluble en agua y ofrece alta resistencia a ácidos y álcalis,

su carácter hidrofóbico, le imparte esta característica en alguna medida a la

película seca de la pintura y mejora la resistencia al agua. Adicionalmente el talco

tampoco es muy favorable por el entizamiento, aunque es menos desfavorable que

el carbonato de calcio y en cuanto a su capacidad de trasmitir la luz ultravioleta,

ocupa el primer lugar entre los extendedores comunes, por esto cuando se usa en

pinturas para exteriores debe ser combinado con otros extendedores para

neutralizar estos efectos adversos. Por otra parte el uso del talco mejora la

resistencia a la sedimentación, la brochabilidad, la nivelación y la resistencia al

chorreo además de mejorar la tersura de la película y facilitar la lijabilidad.

C) Caolín:

Igualmente es uno de los rellenos más importantes que se usa en pinturas de

emulsión. Se encuentra en diferentes grados en cuanto a distribución de tamaño de

partícula, brillo y tipo de procesamiento. El caolín natural es un silicato de

aluminio hidratado que según la formación geológica particular que lo origine

puede tener más o menos contaminantes y ser más o menos fino. Otra

particularidad del caolín es su alta absorción de aceite.

El caolín es insoluble en agua y tiene una alta resistencia química y

ocupa el último lugar en cuanto a su capacidad de trasmitir la luz ultravioleta, esto

hace que sea la primera opción a la hora de formular una pintura para exteriores,

lo cual se suma a su conocido efecto favorable en cuanto al muy buen desempeño

en relación al entizamiento y durabilidad de la película de la pintura.

Otro procesamiento que se le hace al caolín, es la calcinación, la cual

pretende darle cierto nivel de estructura o aglomeración, a las partículas, las

cuales con este procesamiento (según el tipo de calcinador usado); pueden dejar

de ser laminares y pasar a convertirse en un material de mayor porosidad que

aportaría un alto cubrimiento a las pinturas formuladas por encima del CVPC en

razón al aire de sus poros. El caolín adecuadamente calcinado, si es de bajo

contenido de óxido de hierro y de titanio, sería un caolín de alto brillo, alta

35

blancura y un alto poder de cubrimiento (en formulaciones por encima de la

CVPC) por su porosidad y además se trata de un material de alta dureza que le

imparte esta característica a la película seca de la pintura con lo que su utilización

es una buena táctica para mejorar la resistencia a la abrasión de la pintura,

característica que es significativamente mejorada. El caolín calcinado igualmente

es un extendedor de baja transmisión de la luz ultravioleta.

D) Polímeros opacos:

Los polímeros opacos, no pueden considerarse estrictamente como

pigmentos y tampoco forman película, por esto se deberán tener en cuenta entre

los extendedores a la hora de hacer el cálculo de la CVP. Los polímeros opacos

son unas esferitas de un copolímero acrílico estirenado en dispersión acuosa, que

aportan cubrimiento no pigmentario a las pinturas arquitectónicas acuosas.

En esta dispersión polimérica no formadora de película, las esferitas son

huecas con una coraza dura y en principio su núcleo está lleno de agua, estado que

se conserva en la pintura envasada; luego de que la pintura es aplicada sobre un

sustrato y comienza el secado, esa agua es difundida a fuera del núcleo de las

microesferas y es reemplazada por aire, haciendo que su núcleo al quedar solo

con aire pase a convertirse en un excelente medio para dispersar un rayo de luz y

dar cubrimiento independientemente de la CVP de la formulación (pues la

diferencia entre el índice de refracción del aire y del vehículo pasa a ser del orden

de 0,6 frente a casi cero de diferencia entre el índice de refracción de un

extendedor mineral y el vehículo, situación que no crea dispersión de un rayo de

luz.

Por lo anterior la incorporación de aire para lograr dispersión de un rayo

de luz es un efecto deseable siempre y cuando este no tenga efectos colaterales

adversos como el incremento en la porosidad y la disminución en la lavabilidad de

una pintura, especialmente para pinturas de alto desempeño formuladas por

debajo de CVPC.

En un polímero opaco las partículas son completamente esféricas y de

naturaleza uniforme si se les compara con las partículas de un extendedor mineral,

esto hace que el aire este encapsulado en espacios confinados y bien definidos y

36

por lo tanto la incorporación del polímero opaco en la formulación de una pintura

tiene el efecto de reducir el área superficial total de los materiales que aportan

cubrimiento. (Dar cubrimiento con baja absorción y por lo tanto con baja

demanda de vehículo), por esto el polímero opaco aumenta la opacidad y tiene

menos efectos negativos en otras propiedades como la resistencia a la abrasión y

la lavabilidad.

Esa menor área superficial, permite asegurar que el polímero opaco es

una herramienta poderosa para lograr subir el CVPC y construir formulaciones

óptimas en desempeño con economía.

Espesantes

Los espesantes para aplicación en la fabricación de recubrimientos se

dividen en:

A) Espesantes sintéticos: Son sustancias obtenidas de reacciones químicas y

básicamente se tienen dos tipos: a base de acrilatos (copolímeros de los ácidos

acrílico) y los metacrilatos, que son conocidos como espesantes en emulsión

solubles en álcali (ASE), los cuales pueden presentar modificaciones.

B) Espesantes celulósicos: Son espesantes a base de polisacáridos y son

polímeros hidrofílicos e hidrofóbicos con tendencia a absorber agua o a repelerla

y formar geles. Los más utilizados en producción de pinturas son éteres de

celulosa tales como: carboximetil celulosa, hidroxietil celulosa, hidroxipropil

celulosa, entre otros.

C) Espesantes inorgánicos: son materiales que se basan en una orientación

tridimensional de minerales en forma de laminillas que forman una gel, esto es

posible porque las laminillas forman puentes de hidrógeno, un ejemplo son los

silicatos estratificados, bentonitas, entre otros.

2.4.4.4 Dispersantes de pigmentos y cargas

La dispersión efectiva de pigmentos y cargas es el primer y más importante

procedimiento en la fabricación de pinturas y recubrimientos puesto que afecta

directamente la calidad del recubrimiento. La distribución uniforme de los

pigmentos en la dispersión de resina líquida previene:

___Floculación

37

___Pérdida de brillo

___Cambios de color

___Flotación de pigmentos

___Sedimentación

___Sinéresis

___Descuelgue

___Nivelación

___Estabilidad en el almacenamiento

Dado que se pretende lograr que la mezcla se mantenga estable aún

después de retirar la agitación, se debe utilizar un producto cuya función permita

lograr estabilidad, éste se denomina dispersante, el cual es una macromolécula que

presenta simultáneamente comportamientos contrarios (atracción y repulsión) en

cada uno de sus extremos.

La finura de la dispersión o de la pintura indica la calidad del proceso

de dispersión, y debe comprobarse cuando la pintura está a la mitad del proceso,

es decir, al finalizar la dispersión de los pigmentos y extendedores o cargas. La

evaluación de la finura de dispersión se realiza mediante la utilización de un

equipo denominado grindómetro, piedra de molienda o piedra Hegman, como se

muestra en la figura 2.4, el cual consta de dos partes: una superficie de metal que

presenta una o dos ranuras con una profundidad decreciente determinada y

graduada, el más usado por los pintureros es en micras (0 a 100) o grados Hegman

(0 a 8); y una barra o elemento aplicador.

Figura 2.4 Piedra Hegman y aplicador

38

2.4.4.5 Aditivos

Son sustancias que se le adicionan a una pintura o recubrimiento en

pequeñas cantidades con el objeto de impartirle o modificar propiedades

específicas al material en sí o al recubrimiento resultante, entre los más relevantes

se tienen:

A) Antiespumantes

Una pintura está formulada con agentes antiespumantes, básicamente

buscando evitar la inclusión de espuma o la incorporación de pequeñas burbujas

de aire durante la fabricación de un producto, en el llenado de los envases y

durante la aplicación del mismo. En primer lugar, esta espuma afecta la apariencia

o aspecto de la pintura al ser destapado el envase, en la aplicación de los

productos con alto contenido de espuma se observan problemas de formación de

película, poca nivelación y en consecuencia un cubrimiento bajo.

La generación de espuma se debe a la incorporación de aire en el

producto líquido durante el proceso de fabricación debido a la reducción de la

tensión superficial del agua por sustancias tensoactivas tales como humectantes y

dispersantes. Los tensoactivos en general, contienen una parte hidrofilia (afinidad

al agua) y una parte hidrofóbica (sin afinidad al agua), los cuales al diluirse en

agua hacen que las partes hidrofilias se orienten hacia la fase acuosa, mientras que

la parte hidrofóbica se oriente hacia la fase del aire, produciendo espuma.

Los antiespumantes deben cumplir generalmente las siguientes

características:

___Tensión superficial e interfacial baja

___Insoluble en el medio a despumar

___Coeficiente de penetración positivo

___Coeficiente de distribución positivo

Es importante tener en cuenta los efectos secundarios que puede causar

la incorporación de un exceso de antiespumante, como son pérdida de brillo,

formación de cráteres, mala adherencia entre capas, efecto ojos de pescado, entre

otros. En la práctica, se acostumbra adicionar entre el 0,1 y 0,5% del valor total

de la formulación del antiespumante y generalmente se usa, repartiendo su adición

39

de la siguiente manera: una tercera parte antes de agregar las cargas, otra después

de finalizada la dispersión y la restante tercera parte se adiciona en la etapa de

terminación del producto a fin de eliminar la espuma generada durante su

elaboración y aplicación.

B) Retardantes de secado o cosolventes

Estos solventes o cosolventes se añaden a las pinturas base agua en

pequeñas cantidades para regular algunas propiedades físicas. Generalmente son

hidrosolubles y se ubican principalmente en la fase acuosa de la pintura.

La función principal del cosolvente es mantener la película húmeda y

prolongar el tiempo de secado; esto se debe a que el punto de ebullición del

cosolvente es mayor al del agua, permitiendo que su evaporación se realice en un

mayor tiempo. El cosolvente participa directamente en la formación de la

película, en el tiempo de secado de la película en la orilla de la pintura aplicada, la

nivelación, la brochabilidad, y las propiedades de congelación y descongelación

de las pinturas.

Los monoéteres de etilenglicol y de dietilenglicol preparados con

alcoholes de bajo peso molecular (metilo, etilo y propilo) son completamente

hidrosolubles y son los cosolventes más utilizados en la industria de pinturas

(etilenglicol, propilenglicol, mono etilenglicol).

C) Preservantes

La pinturas arquitectónicas base agua, tanto en el envase como después de

aplicadas están expuestas al ataque de microorganismos debido a que la mayoría

de los componentes son medios de cultivo propicios y con nutrientes para la

proliferación de los mismos. Los espesantes, coloides protectores, emulsionantes

y antiespumantes, entre otros, son el blanco perfecto de los microorganismos para

su reproducción. La contaminación microbiana genera problemas como:

___Variación del pH

___Decoloración

___Coagulación

___Descomposición de la emulsión

___Olor fétido

40

___Abombamiento de los envases por generación de gases

___Pérdidas de viscosidad

___Crecimiento bacteriano visible en la superficie de los productos en el

envase y en la película aplicada.

Para la preservación en el envase se utilizan entre otros:

___Cloro metil isotiazilinona (CIT) y metil isotiazolinona (MIT).

___Benzo isotiazolinona (BIT)

___Liberadores de formaldehído

Para la preservación de la película se utilizan comúnmente:

___Octilisotiazolinona (OIT)

___Dicloro octil isotiazolinona

___Agente Coalescente

La formación de la película es ayudada, y en algunos casos sólo es posible

debido a la adición de un agente coalescente, el cual es un solvente que

transitoriamente produce una disolución superficial de las partículas de resina,

facilitando la fusión entre las partículas y formando eficientemente la película en

la fase de secado. En las pinturas arquitectónicas base agua la formación de la

película se logra en la etapa de secado debido a la deformación y soldado de las

partículas del polímero, esto se logra a determinada temperatura conocida como la

temperatura mínima de formación de película (TMFP) como se verá más adelante;

el agente coalescente funde a las partículas del polímero disminuyendo este valor

y permitiendo que el polímero se funda uniformemente.

Proceso de dispersión

El desplazamiento del aire dentro de los intersticios de la masa de pigmento

es inicialmente facilitado por la carga del pigmento sobre el vehículo líquido [6].

La velocidad con la cual un vehículo penetra un lecho de partículas de pigmento

se puede expresar por la siguiente ecuación:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

µrK V Ec.2.8

41

Donde:

r: radio promedio de los capilares del lecho de pigmento

µ: viscosidad del vehículo

K: constante de proporcionalidad del esfuerzo de dispersión

El tamaño de partícula de una pintura emulsionada tiene una influencia

marcada en propiedades tales como:

___Poder cubriente en húmedo y seco.

___Propiedades reológicas del polímero.

___Interacción con espesantes asociativos.

___Resistencia al frote húmedo.

Dispersor de alta velocidad (HSD)

La existencia actual de pigmentos fácilmente dispersables, dispersiones de

color accesibles junto con la posibilidad de un compacto y eficiente equipo como

la dispersor de alta velocidad (High Speed Disperser o HSD) han llevado a

empastar, moler (dispersar) y adelgazar en un solo equipo.

En la figura 2.5 se puede observar el arreglo de un HSD, en términos

del diámetro “D” del agitador, la posición correcta del disco y dimensiones

óptimas del recipiente [6].

La incorporación de partículas de pigmento puede ser visualizada en

tres etapas:

___Mojado: se refiere al desplazamiento de aire u otros contaminantes

absorbidos en la superficie del pigmento y su reemplazo por líquido.

___Molienda: es la ruptura mecánica y separación de los aglomerados de

partículas para obtener entidades aisladas. Cuando los vehículos y solventes

necesarios para elaborar un producto terminado son añadidos a la base de la

molienda, es mejor agregar lentamente los líquidos reductores con la agitación

adecuada. Una reducción rápida puede ocasionar que la base rígida se rompa en

trozos que no pueden ser fraccionados por el agitador, debido al líquido

relativamente delgado que los rodea.

___Dispersión: Se refiere al movimiento de partículas mojadas dentro del

seno del líquido de manera tal de asegurar una separación permanente.

42

Se debe considerar que el tiempo total de dispersión se inicia sólo cuando se

ha cargado la totalidad de los pigmentos y extendedores o cargas. La eficiencia de

la operación de dispersión está directamente relacionada con la habilidad de un

vehículo a mojar los aglomerados de pigmento, la facilidad de esparcirse sobre la

superficie de las partículas y finalmente mantener las partículas separadas por

largo tiempo, es decir estabilizar la dispersión. Igualmente es importante tener en

cuenta un control de la temperatura de operación, a fin de que la viscosidad del

producto obtenido se mantenga uniforme entre cada lote de pintura elaborada.

Figura 2.5 Dispersor

Fuente: Garay R. y de Notta H., “

2.4.5 Reología de la base de molienda

La dispersión de un pigmento por f

produce por acción de la velocidad del di

velocidad cero, un gradiente de velocida

aglomerado de pigmentos, actuando la visco

provocando la rotura al no poder girar libre

Eje

R i
Nivel inicial de
de

Proc

ricci

sco

des

sida

men

Velocidad

periférica

A i d

alta velocidad (HSD)

eso de producción de pinturas”

ón ocurre en flujo laminar. Se

entre este y el piso que esta a

que provoca una rotación del

d como un freno a esa rotación y

te, cuanto mayor es la partícula

43

mayor es este efecto. En otras palabras a medida que se reduce el tamaño de la

partícula, más pobre será la acción de la dispersora [6].

44

CAPÍTULO III 3 Metodología

3.1 Análisis de las propiedades fisicoquímicas y reológicas de las pinturas

tipo a, b y c, según la fórmula actual.

Los parámetros a medir son los siguientes:

___pH

___Viscosidad

___Porcentaje de sólidos

___Densidad

___Tamaño y distribución de las partículas

___Comportamiento reológico

3.1.1 Determinación de pH

Esta prueba se realizó según lo contemplado en la norma venezolana

COVENIN 676, la cual consiste en tomar una muestra de pintura líquida, de un

volumen tal donde se pueda sumergir aproximadamente la mitad del electrodo de

medición. El equipo utilizado se ilustra en la figura 3.1.

El procedimiento seguido fue:

1) Se tomó una muestra de pintura de los diferentes tipos A, B y C.

2) Posteriormente se ajusto la temperatura de las muestras a 25 °C .

3) Se sumergió el electrodo en la muestra y se espero a que se estabilizara

la lectura.

4) Finalmente se registró el valor de pH.

Los valores obtenidos se muestran en la tabla 3.1

Figura 3.1 medidor de pH

45

3.1.2 Determinación de la viscosidad mediante viscosímetro Brookfield KU-2.

Este ensayo se realizó bajo la norma venezolana COVENIN 684, la cual

consiste en determinar la viscosidad o consistencia de las pinturas utilizando el

viscosímetro Stormer. La empresa dispone actualmente del viscosímetro

Brookfield ku-2 , con el cual se realizaron los análisis de viscosidad, siguiendo el

procedimiento establecido en la norma.

El procedimiento empleado fue:

1) Se mezcló la muestra de pintura y se vertió en el recipiente hasta llenar

las ¾ partes del mismo.

2) Luego se colocó el recipiente con la muestra en el viscosímetro y se bajó

la aguja mediante la palanca hasta la muestra de pintura.

3) Se activó el viscosímetro y se dejó en funcionamiento hasta que se

estabilizó la medida.

4) Se reportó la viscosidad con el valor numérico en unidades Krebbs (Ku).

Como lo establece la norma.

Se repitió esta operación con tres muestras distintas por cada tipo de

pintura. Los datos obtenidos fueron reportados en la tabla 3.1

Tabla 3.1 Valores de pH y viscosidades de las diferentes tipos de

pinturas evaluadas.

Tipo

Muestra

Valor de pH

Viscosidad (Ku)

1 7,1 108

2 7,3 109

A

3 7,1 107

1 7,5 98

2 7,6 110

B

3 8,0 94

1 7,6 93

2 8,0 89

C

3 8,3 92

46

3.1.3 Determinación del porcentaje de sólidos

Esta prueba es de relevancia, porque en general las materias primas usadas

en la fabricación de las pinturas (cargas, pigmentos, espesantes, resinas,

dispersantes, etc), contienen algún porcentaje de humedad, la cual, se puede

encontrar entre 1% hasta 80%, y adicionalmente siempre se cuenta con un

porcentaje de agua que lleva la formulación de pintura fabricada. Por lo anterior

es necesario controlar el porcentaje de sólidos tanto en las materias primas como

en el producto.

El procedimiento realizado fue el siguiente:

1) Se pesó una cápsula de porcelana vacía.

2) Posteriormente se colocó en la cápsula unos 10 g de pintura húmeda,

bien distribuida y se pesó.

3) Se introdujo en una estufa a 90 °C por una hora, se dejó enfriar y se

pesó la cápsula con la muestra.

4) Finalmente se registró el valor para las tres muestras en la tabla 3.2.

3.1.4 Determinación de la densidad de las pinturas tipo A, B y C según la

fórmula actual.

Esta propiedad es sumamente importante, considerando que los fabricantes

de pinturas compran sus materias primas por masa y venden su producto de

acuerdo al volumen; por lo tanto lo ideal es tener bajas densidades.

El procedimiento seguido fue:

1) Se pesó el picnómetro de 83,2 ml vacío.

2) Seguidamente se llenó el picnómetro con la pintura, evitando las burbujas

de aire, 3) se tapó y retiró el exceso de producto.

4) Posteriormente se peso el picnómetro lleno.

Los datos son reportados en la tabla 3.2

47

Tabla 3.2. Valores para determinar el porcentaje de sólido y la

densidad de los diferentes tipos de pinturas estudiadas.

Pintura Cápsula vacía (g) Cápsula llena húmeda(g)

Cápsula llena seca (g) Picnómetro vacio (g)

Picnómetro lleno (g)

A 78,66 88,66 84,34 130,00 250,62B 72,60 81,60 77,33 130,00 248,14C 84,77 94,77 89,60 130,00 245,62

Determinación del tamaño y distribución de partículas de los diferentes

tipos de pinturas, según la fórmula actual

Para llevar a cabo el ensayo se utilizaron dos instrumentos: el primero fue

empleando la piedra Hegman y posteriormente el equipo Malvern Mastersizer.

Los valores obtenidos se muestran en la tabla 3.3

El ensayo se realizó empleando el siguiente procedimiento:

Se colocó una muestra de pintura proveniente de la etapa de dispersión, en

la parte más profunda de la piedra.

Se realizó el barrido con el aplicador, posteriormente se levantó la piedra

con la muestra aún húmeda.

Finalmente, en contra luz se realizó la medida correspondiente, el resultado

se encuentra en la tabla 3.3

La segunda forma de determinar el tamaño de partícula consistió en

colocar una pequeña muestra de las diferentes pinturas en el equipo Malvern

Mastersizer, con el mismo se pudo obtener un registro grafico inmediato, en el

cual se observa la distribución de tamaño de partícula. Las figuras se pueden

apreciar en el anexo C.


recubrimientos.

Pinturas

Parámetros A B C

Finura (Hegman) 3,50 3,50 3,50

D (v, 0,5) 5,71 8,04 9,12

D (v, 0,9) 15,80 21,36 25,59

48

3.1.5 Determinación del comportamiento reológico de las pinturas tipo A, B y

C, según la fórmula actual

Para obtener información para el desarrollo de este análisis fueron

necesarios hacer ensayos de determinación de viscosidad mediante el uso de los

viscosímetros Brookfield LV y KU-2. En el viscosímetro Brookfield LV se

tomaron medidas de viscosidad y porcentaje de torque a diferentes velocidades

que van desde 1 hasta 100 rpm, para los diferentes tipos de pinturas. En el KU-2,

dado que no se puede variar la velocidad, se trabajó a una velocidad constante de

200 rpm, equivalente a una velocidad de corte de 50 seg-1.

El procedimiento empleado durante el uso del viscosímetro Brookfield

se describe a continuación, mientras que en las tablas 3.4 y 3.5 se muestran las

datas obtenidas, empleando las agujas 63 y 64 respectivamente.

Se seleccionó la aguja adecuada para cada muestra, la cual depende de la

viscosidad.

Mediante ensayo y error se encontró que las agujas correctas para medir las

viscosidades de pinturas son la 63 y 64.

Los datos de viscosidad fueron aquellos en los que el porcentaje de torque

fue mayor a 10 %.

Las muestras se mezclaron hasta homogeneizar y se agregaron en un vaso

de precipitado de 600 ml.

Se tomaron los datos de viscosidad y porcentaje de torque reportados por el

equipo, para determinar la velocidad de corte y esfuerzo cortante.

3.2 Determinación de las composiciones adecuadas de espesantes celulósicos

o acrílicos que permitan la reducción de los problemas de sinéresis y tixotropía

de estos recubrimientos

En esta sección del trabajo se tomó una muestra de cada una de las

diferentes clases de pinturas (A, B y C), con la fórmula original, para evaluar el

comportamiento de la viscosidad en función del tiempo, empleando para ello el

viscosímetro Brookfield KU-2. Este viscosímetro rotacional está compuesto de un

huso y una paleta. El huso gira a 200 rpm y al sumergir la paleta en el

revestimiento de muestra, el equipo calcula automáticamente el valor de la

49

viscosidad a la potencia necesaria para que el huso gire a 200 rpm. A las muestras

se les realizaron un seguimiento de la viscosidad cada 15 días durante tres meses y

medio, se tomó este intervalo ya que el mismo es el mayor tiempo que tarda una

pintura en almacenamiento dentro de la empresa. Cabe destacar que no se midió la

viscosidad diariamente para evitar la dilución del material por descomposición en

su estructura, es decir, si se destapa diariamente él envase donde está contenida la

pintura se produce contaminación de la misma. Los datos obtenidos están

reportados en la tabla 3.6

Tabla 3.4. Valores de viscosidad y de torque reportados por el

viscosímetro Brookfield a diferentes velocidades y empleando la aguja 63

(formula actual). Pintura Velocidad (rpm) Torque (%) Viscosidad (cp)

1 18,4 21600C 1,5 26,7 18800

2 30,7 174002,5 35,9 159803 38,8 155204 46,5 139505 53,2 127706 59,2 1180010 79,9 959012 88,5 88501 21 252001,5 29,5 236002 35,3 211802,5 40,3 19340

B 3 44,8 179204 52,7 158105 59,7 143306 65,5 1310010 86,7 1040012 95,2 95201 28,1 355001,5 32,7 260002 35,4 211202,5 38,8 184803 42,2 16840

A 4 49,1 147305 55,9 134206 61,3 1228010 83,2 997012 92,3 9220

50

Tabla 3.5. Valores de viscosidad y de torque reportados por el

viscosímetro Brookfield a diferentes velocidades y empleando la aguja 64

(formula actual)

Pintura Velocidad (rpm) Torque (%) Viscosidad (cp)20 33,4 810030 41,3 703050 52,6 6000

C 60 57,3 5730100 71,8 430820 41.8 820030 51.1 790050 64.1 7100

B 60 68.8 6880100 83 498020 25,1 747030 31,2 6240

A 50 39,7 475060 43,2 4320100 52,6 3150


pinturas (fórmula actual)

Viscosidad Stormer (cp)

Tiempo

(días)

TIPO

A

TIPO

B TIPO C

0 1170 985 944

15 1137 980 930

30 1120 976 910

45 1117 963 884

60 1115 960 860

75 1100 940 830

90 1090 910 800

105 1040 850 780

51

Con el fin de reducir los problemas de sinéresis y tixotropía que

presentan los diferentes tipos de pinturas se realizaron los siguientes ensayos:

Formulación de una pintura con menos espesante (hidroxietilcelulosa) y sin

variar el resto de los componentes (cargas, pigmentos, ligante, etc.) y

manteniendo las mismas proporciones.

Formulación de una pintura con más espesante, y el resto sin variar

Formulación de una pintura con un espesante acrílico

Para cada uno, se determinó la viscosidad y el torque, usando el

Brookfield, con estos valores (reportados en la tabla 3.7 hasta 3.9) y empleando el

mismo procedimiento y los cálculos que para el análisis del comportamiento

reológico de las pinturas según la fórmula actual, se determinó la velocidad de

corte y esfuerzo de corte; posteriormente se construyeron las respectivas curvas

para compararlas con las fórmulas actuales.

Tabla 3.7 Efecto reológico para una pintura, disminuyendo la cantidad

de Hidroxietilcelulosa usando el viscosímetro Brookfield a diferentes

velocidades y empleando las agujas 63.

Velocidad

(rpm) Torque (%) Viscosidad (cp)

3,0 10,3 4160

4,0 11,9 3570

5,0 13,2 3170

6,0 14,6 2900

10,0 20,0 2400

12,0 22,5 2260

20,0 31,0 1860

30,0 40,3 1616

50,0 55,8 1339

60,0 63,4 1270

100,0 85,7 1031

52

Tabla 3.8. Efecto reológico para una pintura, aumentando la cantidad

de Hidroxietilcelulosa usando el viscosímetro Brookfield a diferentes

velocidades y empleando la aguja 63.

Velocidad(rpm) Torque (%)

Viscosidad(cp)

3,0 30,6 166004,0 34,4 149705,0 36,7 136606,0 38,5 1260010,0 40,0 1021012,0 42,9 945020,0 45,0 180030,0 46,6 149250,0 54,6 114760,0 57,0 1032100,0 63,0 770

Tabla 3.9. Efecto reológico para una pintura, usando un espesante

acrílico, viscosímetro Brookfield empleando la aguja 63.

Velocidad (rpm) Torque (%) Viscosidad (cp)3,0 13,6 55404,0 15,3 45905,0 16,6 39806,0 17,9 358010,0 22,9 275012,0 25,2 252020,0 32,9 197430,0 41,2 164450,0 54,4 130860,0 60,5 1208100,0 81,5 977

También se tomaron muestras de pinturas de marcas reconocidas como por

ejemplo Solintex y Dominó a las cuales se les midió el torque y la viscosidad con

el Brookfield, para la primera mencionada se trabajo solamente con la aguja 64,

mientras que para la segunda se utilizó la aguja 63 en la mayoría del rango de

53

velocidad desde (1 hasta 60) rpm y solo para 100 rpm la aguja 64, los datos se

encuentran en la tabla 3.10 y 3.11 respectivamente.

Tabla 3.10 Efecto en el comportamiento reológico de otra marca

comercial empleando la aguja 64 del Brookfield.

Velocidad (rpm)

Torque (%) Viscosidad (cp)

4 12,1 182005 13,2 158006 14,4 1440010 18,4 1104012 20,1 1005020 25,6 765030 31,1 622050 39,0 468060 42,2 4220100 51,7 3102


empleando la aguja 63y 64 del Brookfield.

Velocidad (rpm)

Torque (%) Viscosidad (cp)

4 31,7 94805 35,1 84206 38,4 766010 51,0 610012 55,7 555020 72,7 435030 89,5 357650 91,7 109860 93,0 480100 32,1 384

54

3.3 Evaluación de la influencia de agitación en el comportamiento reológico

del producto

En la fabricación de las pinturas es fundamental que los pigmentos estén

bien dispersados para aprovechar el poder tintóreo y de esa manera mejorar el

cubrimiento de la superficie al aplicar el revestimiento.

Para determinar la influencia de la agitación en el comportamiento

reológico de las pinturas se efectuaron varios ensayos, en la etapa de dispersión de

los pigmentos y cargas en la máquina mezcladora, para lo cual fue necesario

realizar variaciones de la velocidad de agitación del dispersor. Las

especificaciones del proceso de agitación son las siguientes:

___El dispersor puede operar hasta una velocidad máxima de 1500 rpm.

___La velocidad se puede variar en tres intensidades (500, 1000 y 1500)

rpm

___La velocidad de operación normal en la etapa de dispersión es de 1000

rpm, ___siendo esta la mayor velocidad que se alcanza en todo el proceso.

____En la etapa de completado, la velocidad debe ser menor (500 rpm) para

evitar la formación de espuma.

____El tiempo de agitación de la dispersión es de 5 a 10 min.

Después del proceso de dispersión se midió el tamaño de partícula,

empleando el medidor de finura Hegman, cuyo uso fue descrito previamente en el

punto 3.1.5 y en la sección 2.3.3.5 de este trabajo, esta medida resultó complicada

realizar ya que la muestra que se tomó, tenía baja viscosidad, por la cantidad

considerable de agua que se utiliza para esta etapa del proceso, sin embargo una

vez finalizado el proceso de elaboración se tomo la respectiva muestra de pintura

tipo A a 1000 rpm.

Posteriormente se varió la velocidad a 500 y 1500 rpm para una pintura tipo

A, sin hacer ningún otro cambio en la formulación, utilizando el viscosímetro

Brookfield KU-2, y se determinó la viscosidad, los datos están referidos en la

tabla 3.12.

55


tiempo de agitación.

Velocidad deagitación (rpm)

Tiempo (min) Viscosidad (ku)

5 103500 10 106

15 10820 1065 105

1000 10 10215 10620 1105 109

1500 10 10815 11020 107

Se puede deducir por las medidas de viscosidad obtenidas, que no hay

un cambio significativo en la viscosidad de las pinturas al variar la velocidad de

agitación del proceso, lo mismo ocurre al prolongar el tiempo. Esto puede ser

atribuido al uso de una elevada cantidad de agua, es por esta razón se realizaron

evaluaciones variando la cantidad de agua empleada en esta etapa. Para cada

corrida se realizó la medida de dispersión empleando la piedra Hegman.

Inicialmente se realizaron las corridas basadas en la metodología

empleada por la empresa, la cual usa la proporción más alta de agua para la

dispersión de los pigmentos y cargas. Luego se fueron realizando otras corridas

disminuyendo progresivamente el volumen de agua. En la tabla 3.13 se muestran

las corridas efectuadas y los resultados obtenidos.

En la misma se puede visualizar que se varió la proporción de agua

empleada en la dispersión desde el 80% en volumen (procedimiento original)

hasta el 20%, obteniéndose para esta última una mejor dispersión, como así lo

indica la lectura del grindómetro. Para cada corrida, una vez realizada la medida

de la dispersión se procedió a agregar el agua restante de la formulación para

terminar la carga con la formulación original del fabricante. Cabe destacar que se

56

repitió el mismo procedimiento en una segunda oportunidad, es decir se varió

nuevamente la cantidad de agua de 80 a 20% en volumen con el fin de corroborar

la información obtenida, razón por lo cual se realizaron un total de 14 corridas.

Tabla 3.13 Datos de concentración de agua utilizada para la dispersión

de pigmento y cargas para la pintura tipo A.

Corridas % Agua Finura (Hegman)1 80 3,52 70 3,53 60 3,54 50 3,55 40 46 30 4,57 20 5,58 80 3,59 70 3,510 60 3,511 50 412 40 4,513 30 5,514 20 6,5

Es importante mencionar que durante la elaboración de la pintura, del total

de agua a emplear en la formulación, el fabricante utiliza un 80% para la

dispersión de la carga y pigmentos y destina un 20% para la dilución del espesante

antes de agregarlo a la maquina mezcladora para completar la formulación.

Posteriormente se tomaron dos muestras de pinturas del mismo tipo sin

variar las proporciones y componentes de sus formulaciones, con la única

diferencia del grado de finura de la dispersión, una con una finura de 3.5 Hegman

y la otra de 6,5 Hegman, a cada una se les evaluó el comportamiento reológico,

los datos están reportados en la tabla 3.14

Demostrado que se debe tener alta consistencia si se desea obtener

buena fineza, se repite el procedimiento variando la velocidad de agitación de la

57

maquina mezcladora, manteniendo un tiempo constante de 10 min. Los datos se

encuentran referidos en la tabla 3.15

3.4 Establecer la mejor relación calidad-precio, en base a las modificaciones

necesarias (pigmentos, cargas, espesantes y resina) en la formulación de las

pinturas estudiadas

Con el propósito de obtener la mejor relación calidad precio, se realizaron

cambios en las proporciones de los diferentes tipos de pinturas (A, B y C)

elaborados por la empresa, estos cambios se muestran en la tabla 3.16.

Para llevar a cabo este objetivo, se tomaron como base la calidad y el

precio de las pinturas de diferentes marcas reconocidas, para compararlas con las

pinturas elaboradas por la empresa con la formulación actual y la propuesta.

En la tabla 3.17 se reportan los parámetros de calidad con sus respectivos

precios para una pintura tipo B.


reportados por el viscosímetro Brookfield, utilizando la aguja 63 y 64, para

una pintura tipo A de finura 6,5 Hegman.

Aguja Velocidad (rpm) Torque (%) Viscosidad (cp)

1,0 41,6 499001,5 52,2 417602,0 61,1 366602,5 68,6 32930

63 3,0 75,1 299844,0 86,7 259575,0 96,4 231606,0 12 2150010,0 16,8 1950012,0 18,7 1780020,0 25,1 13320

64 30,0 31,2 1046050,0 39,7 764060,0 43,2 6820100,0 52,6 4938

58


diferentes velocidades de agitación

Velocidad deagitación (rpm)

Numero de muestra Viscosidad (ku)

1 89,70500 2 90,00

3 92,301 110,60

1000 2 111,003 111,301 120,30

1500 2 124,003 125,70

Tabla 3.16 Cambios realizados a las pinturas tipo A, B y C

(formulación propuesta).

Componentes Tipo A Tipo B Tipo C

Pigmentos Se aumentó Se aumentó Se aumentó

Cargas No se vario Se disminuyó Se disminuyó

Espesante Se disminuyó Se disminuyó Se disminuyó

Resina Se aumentó Se aumentó No se vario

Dispersante No se vario No se vario No se vario

Agua No se vario Se disminuyó No se vario

Aditivos No se vario No se vario No se vario

Nota: La información reportada en la tabla 3.16 es de carácter cualitativo ya

que no se pueden indicar los valores reales por que son confidenciales de la

empresa.

59


marcas en el mercado.

% de sólidos 52,64 37,00 49,00 46,00

pH 7,7 7,46 7,68 7,69Densidad (g/ml) 1,43 1,20 1,37 1,39Viscosidad (ku) 98,00 91,60 97,00 92,80

Cubrimiento Bueno Bueno Excelente Excelente

CVP (%) 82,00 N.D N.D 70,00Finura (Hegman) 3,50 N.D N.D 6,50Precio por Gal(Bs) 39,00 96,00 56,00 47,00

América propuestaCaracterísticas

América actual Domino Solintex

3.5 Equipos, materiales y sustancias

3.5.1 Equipos

___ Viscosímetro KU-2, marca BYK Gardner

___ Balanza analítica de precisión. 3000 g +/- 0,01 gramos, marca

Saltorius.

___ Medidor de pH, marca OAKTON, pH 11 Series.

___ Medidor de tamaño de partícula, modelo Malvern.

___ Dispersor de alta velocidad (diseño propio de la empresa).

___ Medidor de finura, piedra Hegman, precisión Gage & tool c.o.

___ Viscosímetro LV, marca Brookfield

3.5.2 Materiales

___Lenetas para medir cubrimiento BYK # 3305702.

___Beakers (20, 50, 100, 200, 500 y 600) ml

___Cilindros Graduados (100, 500) ml

60

___Varillas de vidrio.

___Termómetro (0 a 100 °C)

3.5.3 Sustancias:

___Pinturas emulsionadas tipo A, B y C.

___Resinas (acrovinílicas)

___Antiespumantes

___Carbonatos (base carbonato de calcio)

___Dióxido de titanio (tipo rutilo)

___Dispersante (tipo silicato de sodio)

___Espesante (hidroxietil celulosa)

Todos los equipos, materiales y sustancias mencionadas se encuentran

disponibles en el laboratorio de la empresa, a excepción del medidor de tamaño de

partículas Malvern. Se pudo tener acceso a dicho medidor de partículas con la

colaboración del proveedor de carbonatos de la empresa (Micronizados Caribe

C.A). Igualmente se contó con el apoyo del Laboratorio de Hidrocarburos de la

Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui para el uso del viscosímetro marca

Brookfield LV.

3.6 Muestra de cálculos

3.6.1 Viscosidad y pH promedio

Con los datos de viscosidad y pH de las muestras de cada tipo de pintura

mostrados en la tabla 3.1 se calculó la viscosidad y el pH promedio.

Por ejemplo para una pintura tipo A:

( )3

Ku µµµµ 321 ++=

( ) Ku 1083

Ku 107109108µ =++=

( )3

pHpHpHpH 321 ++=

61

( ) 7,173

7,17,37,1pH =++=

El mismo procedimiento se aplicó para las pinturas tipo B y C, los

resultados están reportados en la tabla 4.1.

3.6.2 Porcentaje de sólidos

Se calcula el porcentaje de sólidos para cada tipo de pintura empleando los

datos mostrados en la tabla 3.2 y la ecuación 2.4.

Para una pintura tipo A:

Pintura húmeda= (78,66 – 88,66) g = 10,00 g

Pintura seca = (84,34 – 78,66) g = 5,68 g

( )x10010

5,68-10,00100Sólidos % −=

% Sólidos = 56,80 %

El mismo procedimiento se aplica para la pintura tipo B y C, los resultados

están reportados en la tabla 4.1.

3.6.3 Determinación de la densidad de los recubrimientos

Empleando los datos de la tabla 3.2 se calcula la densidad, por ejemplo para

una pintura tipo A, es como sigue:

Masa de pintura= picnómetro lleno – picnómetro vacío

Volumen del picnómetro= 83,2 ml

Masa de pintura= (250,62 – 130,00) g = 120,62 g

mlg1,45

ml 83,20g 120,62ρ ==

62

El mismo procedimiento se aplica para la pintura tipo B y C, los

resultados están reportados en la tabla 4.1

3.6.4 Determinación de la concentración de volumen de pigmento (CVP).

El CVP se calculó mediante las ecuaciones 2.1 y 2.3 La fórmula índica que

se deben expresar los valores numéricos en función del volumen de los productos

sólidos del recubrimiento, para lo cual se hace uso de la densidad de cada uno de

los materiales.

La masa de cada componente de la pintura, se conoce de la formulación

de la misma, la cual en este caso está expresada en kilogramos y a partir de los

datos suministrados por el proveedor de resina acrovinílica de la empresa, cuya

hoja de especificaciones indica que el porcentaje de sólidos que contiene es de

55% y una densidad de 1,08 kg/l de resina húmeda.

( )x100

551001,08100

55seca resina ρ−−

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

.secaresinadelitro

seca resina kg1,16seca resina ρ =

húmeda resina kgseca resina kghúmeda. resina masaseca resina masa =

kg4húmeda resina masa =

húmeda resina kgseca resinakg0,55 x húmeda resina kg 4seca resina masa =

kg2,22seca resinamasa =

El volumen de resina seca también puede expresarse como:

ρmseca resina volumen =

63

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

seca resina litrosseca resina kg 1,16

seca resina kg 2,22seca resina volumen

secaresinalitros1,897seca resina volumen =

Para una pintura A:

( )( )

x100litros 1,8974,080,31

litros 4,080,31CVP ++

+=

% 69,90CVP = De igual forma se calculo el CVP de la pintura tipo B y C, los

resultados obtenidos fueron reportados en la tabla 4.1

Determinación de la velocidad de corte y el esfuerzo de corte.

Con los datos arrojados por el viscosímetro Brookfield LV y reportados en

las tablas 3.4 y 3.5 para las agujas 63 y 64 respectivamente, se determinó la

velocidad de corte a través de una ecuación que emplea un factor según el modelo

de viscosímetro y las revoluciones por minuto (rpm), la cual está señalada en el

manual del instrumento.

La relación señalada por el manual para calcular la velocidad de corte,

es la siguiente:

Velocidad de corte= 0,209 N

Donde N= RPM

Por ejemplo para una pintura tipo A, y un valor de N= 10 RPM

Velocidad de corte= 0,209x10= 2,09 seg-1

De igual forma se calculan las velocidades de corte para el resto de las

rpm que va desde 1 hasta 100, las cuales están reportadas en la tabla 4.2, ahora

con la velocidad de corte y la viscosidad que también es dada por el viscosímetro

para cada rpm, se calcula el esfuerzo de corte, que se despeja de la Ec.2.2

quedando como sigue:

µ x D τ =

64

cmdinas208,37

100cp1poise cp 9970 x 1seg 2,09 τ =−= x

De la misma forma se calcula para todo el rango de rpm y para el resto de

las pinturas, los resultados se encuentran reportados en los gráficos del capitulo 4.

Para todos los datos reportados por el viscosímetro Brookfild LV referidos en

este capítulo se utilizó la ec.5 para calcular el esfuerzo de corte con el cual se

obtuvo el comportamiento reológico de todas las pinturas analizadas.

CAPITULO IV

4 RESULTADOS, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

4.1 ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS Y

REOLÓGICAS DE LAS PINTURAS TIPO A, B y C, SEGÚN LA FÓRMULA

ACTUAL

Con los resultados de viscosidad para cada tipo de pintura, reportado en la

tabla 4.1, los cuales son relativamente cercanos, se infiere que las mismas

presentan una buena consistencia, por lo cual al ser visualizadas tienden a tener

una buena aceptación, motivado a la generalización del concepto de que “a mayor

viscosidad se tiene mayor calidad”. Cabe destacar que en cuento al porcentaje de

sólidos la pintura tipo C tiene el menor porcentaje, la misma está formulada de esa

manera para minimizar su valor económico, mientras que por el contrario la tipo

A tiene mayor porcentaje de sólidos porque debe tener mayor poder cubriente,

conferido por el pigmento y las cargas así como la resistencia al desgaste que le

atribuye la película de resina seca.


(formula actual).

Parámetros A B C

Viscosidad (ku) 108,00 100,66 91,33

CVP (%) 69,90 82,00 90,00Porcentaje desólidos (%) 56,80 52,64 48,37

pH a 25 °C 7,16 7,70 7,96

Densidad (g/ml) 1,45 1,42 1,39Finura (Hegman) 3,50 3,50 3,50

D (v, 0,5) 5,71 8,04 9,12

D (v, 0,9) 15,80 21,36 25,59

Pinturas

66

La concentración en volumen de pigmento es mayor para la pintura tipo

C, lo que indica que posee menor resistencia a la intemperie. Aunque por el valor

del CVP de la misma se puede suponer un buen cubrimiento, éste no es el caso,

debido a la calidad de las cargas que la conforman, las cuales confieren el índice

de refracción según el tipo de material. Para las pinturas B y A, la Concentración

de volumen de pigmento (CVP) también es elevado, lo cual es atribuido a una alta

cantidad de carga.

Los valores de pH están dentro de los parámetros establecidos por la

norma covenin 676, se puede decir que las pinturas presentan un pH que no es

abrasivo para la salud del cliente.

En cuanto al grado de finura de las pinturas, resultante de la etapa de

dispersión de cada una, se tiene un valor similar y bastante alto al medirlo

empleando la piedra Hegman. Con estos resultados se puede establecer que no se

aprovecha todo el poder tintóreo del pigmento, además de afectar la estabilidad de

la dispersión induciendo a la sedimentación (por lo grueso del aglomerado de

partículas).

En cuanto a la distribución del tamaño de partícula entre las pinturas

cuando se emplea el Mastersizer, se observa diferencias entre ellas, siendo la de

mayor distribución la pintura tipo A para un 50% de la muestra y aún superior

para un 90%.

En la figura 4.1 se muestra que a medida que se incrementa la velocidad

de corte el esfuerzo de corte aumenta de manera desproporcional para los

diferentes revestimientos base agua estudiados (Tipo A, B y C), el

comportamiento reológico es de fluidos no Newtonianos. También se puede

observar que para una velocidad de corte menor a 4 seg-1 el comportamiento es

similar, lo cual puede atribuirse a que presentan en su formulación porcentajes de

sólidos cercanos, sin embargo la tendencia de la curva de la pintura A es más

uniforme, ya que el gradiente de esfuerzo de corte es menor y a medida que esta

aumenta se diferencia del resto de las pinturas, esto es atribuible a la presencia de

67

mayor contenido de ligante (resina) y de menor concentracion de volumen de

pigmento y por otra parte aunque la pintura tipo B debería tener menor esfuerzo

de corte que la pintura tipo C, lo cual no es el caso, posiblemente motivado a la

distribucion de tamaño de partícula de las mismas, es decir que no hubo una

buena dispersion de los pigmentos en la pintura tipo B.

Figura 4.1 Variación reológica de las pinturas base agua (formula actual).

Figura 4.2 Variación de la viscosidad con la velocidad de corte para los

diferentes tipos de pinturas.

En la figura 4.2 se puede observar que la viscosidad disminuye a

medida que aumenta la velocidad de corte, donde se describe el comportamiento

pseudoplástico de las pinturas, es decir; a baja velocidad de corte se tiene alta

viscosidad y a medida que aumenta la velocidad cortante disminuye la misma.

68

Este comportamiento índica una ruptura o reorganización continua de la estructura

molecular, dando como resultado una menor resistencia al flujo. Para valores

mayores a 4 seg-1 las curvas presentan un comportamiento cercano al Newtoniano.

También se puede observar que la pintura que tiene muy alta viscosidad

a bajo esfuerzo de corte es la tipo A, entonces se puede deducir que aunque tiene

menor cantidad de espesante celulósico que las pinturas tipo B y C, el contenido

del mismo sigue siendo alto para la formulación actual, por lo que se pudiera

disminuir el mismo sin afectar considerablemente la calidad del producto y de esa

manera disminuir el costo de fabricación.

En la figura 4.3 se puede visualizar ampliamente el rango de

comportamiento reológico de las pinturas estudiadas, se puede observar que

después de una velocidad de corte de 20 seg-1 las pinturas muestran un

comportamiento diferente, en donde el esfuerzo de corte disminuye, a diferencia

de la pintura tipo A, la cual sigue presentando un comportamiento cercano al

Newtoniano.

En la figura 4.4 se aprecia que los diferentes tipos de pinturas

mantienen un comportamiento pseudoplástico. Aunque para velocidades de corte

superior a 20 seg-1 tienen un comportamiento constante, lo que se puede traducir

como la existencia de una buena capacidad de aplicación de los recubrimientos, ya

que a velocidades de corte alta se puede simular la aplicación de la pintura, y un

comportamiento uniforme supone que la pintura se expande sobre la superficie

adecuadamente, es decir sin producir el efecto de lluvia (escurrimiento).

69

Figura 4.3 Variación del esfuerzo cortante de los diferentes tipos de pintura.

Figura 4.4 Variación de la viscosidad de las pinturas con la velocidad de

corte.

4.2 DETERMINACIÓN DE LAS COMPOSICIONES ADECUADAS DE

ESPESANTES CELULÓSICOS O ACRÍLICOS QUE PERMITAN LA

REDUCCIÓN DE LOS PROBLEMAS DE SINÉRESIS Y TIXOTROPÍA DE

ESTOS RECUBRIMIENTOS

Se ha observado que en las pinturas base agua obtenidas, a medida que

transcurre el tiempo disminuyen sus viscosidades, posiblemente como

consecuencia de diversas interacciones entre sus componentes, inestabilidad de la

dispersión alcanzada y/o de la degradación natural del producto entre otras causas.

De las diferentes tipos de pintura analizadas, la tipo C, es la que presenta una

mayor disminución de la misma, aunque tiene un valor alto para un tiempo cero,

entendiéndose como cero el tiempo en que se toma la primera medida de

viscosidad un día después de fabricada la pintura.

70

Aunque la pintura tipo C contiene más espesante que el resto de las

pinturas, también es la que posee el menor contenido de sólidos (mayor porcentaje

de concentración de volumen de pigmento). Cuando la CVP se aproxima al 100

%, quiere decir que la pintura contiene muy poca cantidad de resina, lo que

equivale a una pintura económica y de bajo desempeño. Cuando tiende a 0 %,

quiere decir que el contenido de resina es muy alto, con lo cual seguramente se

tendrá un muy alto desempeño, un acabado brillante y también alto costo.

La pintura tipo C es también la que posee mayor porcentaje de agua, la

cual tiende a favorecer la degradación del producto en el tiempo.

Se puede establecer entonces que aunque una pintura esté formulada

con mayor cantidad de espesante no necesariamente será de mayor calidad y se

verá afectada por el tiempo de almacenaje. Estos comportamientos se muestran en

la figura 4.5.

En cuanto al fenómeno de tixotropía, se pudo constatar en base al

cambio de la viscosidad en función del tiempo, que el mismo disminuye a medida

que aumenta la calidad de la pintura, recordando que la pintura tipo C es la de

menor calidad y precio, la tipo B es intermedia y la tipo A posee los valores más

altos.

Figura 4.5 Variación de la viscosidad en función del tiempo de

almacenamiento para los diferentes recubrimientos a base de agua (curva

tixotrópica).

71

Se realizaron ensayos variando la cantidad de espesante para una misma

formulación de pinturas, a fin de concer la influencia del mismo. A nivel visual

las pinturas se notan diferentes ya que algunas se ven mas espesas que otras; sin

embargo durante las pruebas realizadas se obtuvo que su comportamiento

reológico durante la aplicación es igual ya que se comportan de la misma manera

a velocidades de corte superiores a 5 seg-1 (zona de baja velocidad de corte que es

donde se aprecia la consistencia del producto final). En la figura 4.6 se aprecia

este comportamiento. Cuando se aumentó el espesante se observa que tienen alta

viscosidad mientras que en los casos donde se sustituyó la hidroxietilcelulosa

(espesante celulósico) por espesante acrílico o se disminuyó la proporción de la

hidroxietilcelosa, se tiene un comportamiento relativamente constante, lo que se

traduce en una menor tixotropia.

Figura 4.6 Variación de la viscosidad con la velocidad de corte modifica el

Contenido de espesante en las pinturas.

En la figura 4.7 se observa que la formulación actual de la pintura tipo B

tiene un comportamiento distinto al resto de las pinturas con las cuales se

comparó. Mientras que la fórmula propuesta para la pintura tipo B se encuentra

dentro de los rangos de dos pinturas de otras marcas, donde la pintura Dominó

tiene menor gradiente de esfuerzo cortante, lo que supone bajo CVP, por lo cual

72

posee un mejor comportamiento reológico, buena resistencia al manchado y a la

intemperie. La fórmula propuesta también posee mayor cantidad de ligante o

resina que la Solintex lo que le aporta mayor resistencia a la intemperie que esta,

pero sin embargo muestra una resistencia menor que la pintura Dominó. En la

figura 4.8 se observa que la fórmula propuesta (cuya composición es de uso

exclusivo de la empresa) y la dominó son las que tienen mejor comportamiento en

la zona de baja viscosidad, ya que la fórmula actual y la Solintex tienen muy alta

viscosidad a baja velocidad de corte.

Figura 4.7 Variación del esfuerzo de corte con la velocidad para la fórmula

actual de una pintura tipo B, la fórmula propuesta y otras marcas de tipo similar.

73

Figura 4.8 Variación de la viscosidad con la velocidad de corte para la

fórmula actual de una pintura tipo B, la fórmula propuesta y otras marcas de tipo

similar.

4.3 EVALUACIÓN DE LA INFLUENCIA DE AGITACIÓN EN EL

COMPORTAMIENTO REOLÓGICO DEL PRODUCTO

Figura 4.9 Variación de viscosidad de las pinturas a diferentes velocidades

de agitación.

74

En cuanto a la influencia de la velocidad de agitación en la etapa de

dispersión de los pigmentos, se determinó que la misma no era la más adecuada.

Debido a que aún cuando se variaban las revoluciones del eje de agitación desde

500 rpm a 1500 rpm, no se obtenía una buena dispersión de la carga. Esto se

atribuyó finalmente a la poca consistencia que posee la carga siguiendo el

procedimiento normal de preparación que emplea la empresa, ya que cuando la

carga tiene alto contenido de agua, se tiene poca efectividad al momento de

realizar los choques entre partículas y las tensiones de cizallamiento entre los

componentes la etapa de dispersión. Por esta razón, se hizo una evaluación de la

consistencia más adecuada durante la etapa de preparación de la pintura. Mediante

los ensayos realizados se obtuvo que la mezcla de pigmento y cargas debían

agregarse con un menor contenido de solvente (agua) a fin de tener una mayor

viscosidad, la cual a su vez favorece la fricción entre las partículas de la carga y

produce una buena finura en el producto.

En la figura 4.9 se observa que a medida que se incrementa el

cizallamiento o la tensión del impacto sobre las partículas, éstas se rompen

aumentando la dispersión. Cuando se dispersa en mayor grado el dióxido de

titanio, es posible obtener una mejor finura en un lapso de 5 a 10 minutos; y este

parámetro no mejora de manera apreciable cuando se aplican tiempos mayores, es

decir que prolongar el tiempo de dispersión en la fabricación de las pinturas no

reduce el tamaño de partícula de los pigmentos y cargas sino se selecciona

correctamente el esfuerzo de cizallamiento.

Como se pude apreciar en la figura 4.10, la finura juega un papel

fundamental en el comportamiento reológico de las pinturas, mientras mayor sea

la finura la misma presenta un mayor esfuerzo cortante para los mismos valores

de velocidad de corte, es decir, que si las propiedades de dispersión son

deficientes, no se aprovecharía el comportamiento reológico más adecuado de las

pinturas. Con este cambio en el procedimiento, la pintura emplearía la misma

formulación, pero se obtendría mejor grado de finura. El cambio sería a nivel de

procedimiento de preparación y no en la variación de las velocidades del eje del

dispersor.

75

Figura 4.10 Variación del esfuerzo de corte con la velocidad para diferentes

grado de finura.

En la figura 4.11 se observa que la pintura con una finura superior

alcanza una mayor viscosidad para un determinado valor de velocidad de corte, es

por ello que se propone mejorar las propiedades de dispersión aumentando la

velocidad de cizallamiento en el proceso de dispersión, para obtener altas

viscosidades, además de aprovechar todo el poder de cubrimiento que brindan los

pigmentos cuando se encuentran bien dispersos.

76

Figura 4.11. Variación de la viscosidad con la velocidad de corte para

diferentes grado de figura.

4.4 RELACIÓN CALIDAD-PRECIO, EN BASE A LAS

MODIFICACIONES NECESARIAS (PIGMENTOS, CARGAS, ESPESANTES

Y RESINA) EN LA FORMULACIÓN DE LAS PINTURAS ESTUDIADAS

Para establecer una mejor relación calidad precio, se propone realizar los

cambios mostrados en la tabla 3.15, en cuanto al incremento de pigmento así

como también la mejora en el procedimiento de elaboración que otorga una

mayor velocidad de cizallamiento en la etapa de dispersión de pigmentos y

cargas, con los cuales se obtienen nuevos parámetros de calidad referidos en la

tabla 4.2, donde se puede apreciar una mejora en el cubrimiento de las pinturas

arquitectónicas; y aunque el porcentaje de sólidos y el CVP disminuyeron, la

calidad aumentó, porque aquí interviene el reemplazo de unos sólidos de calidad

inferior (carbonatos) por otros de calidad superior (dióxido de titanio).


propuestas.

Características Tipo A Tipo B Tipo C% de sólidos 50,00 46,00 43,60pH 7,07 7,69 7,77Densidad (g/ml) 1,40 1,39 1,30Viscosidad (ku) 98,00 92,80 89,0Cubrimiento Excelente Excelente BuenoCVP (%) 62,00 70,00 80,00Finura (Hegman) 6,50 6,50 6,50Precio por Gal(Bs) 77,00 47,00 25,00

77

En la tabla 4.3 se muestran los precios por galón de los recubrimientos

según su formulación actual y la propuesta comparándola con los precios de

pinturas de buena calidad de marcas reconocidas por el mercado, donde se puede

apreciar que las pinturas elaboradas por la empresa tiene los precios más bajos del

mercado, y aunque los precios aumentaron para las formulaciones propuestas

también se incrementó considerablemente su calidad manteniendo una buena

relación calidad precio. En la figura 4.12 se resume dicha información.

Tabla 4.3 Precios por galón de distintas marcas en el mercado

Marcas Tipo C Tipo A

Solintex - -

Domino 47,00 170,00

América(actual) 19,00 69,00

América (propuesta) 25,00 77,00

BOLIVARES POR GALÓN

Figura 4.12 Precios de los tipos de pinturas estudiadas.

78

En el grafico 4.12 se puede observar que aunque la fórmula propuesta

aumentó su precio en comparación con la actual, sigue siendo más económica que

las pinturas de otras marcas reconocidas.

79

4.5 CONCLUSIONES

1) Las propiedades fisicoquímicas de las pinturas tipo A, B y C fabricadas

por la empresa están dentro de los parámetros de calidad exigidos por la norma

COVENIN 1302:1996.

2) Las propiedades reológicas de las pinturas fabricadas con la formulación

original presentan un comportamiento no Newtoniano, es decir el esfuerzo de

corte de las pinturas tipo A, B y C no es proporcional a la velocidad de corte.

3) Las pinturas base agua tienen un comportamiento pseudoplastico, es decir

la viscosidad disminuye al aumentar la velocidad de corte.

4) Las viscosidades de las pinturas se ven afectadas por el tiempo,

presentando un efecto Tixotrópico.

5) La pintura tipo C presenta mayor tixotropía que las pinturas tipo B y C.

6) Al disminuir el espesante en una proporción adecuada no afecta

considerablemente la consistencia de las pinturas y el efecto tixotrópico

disminuye.

7) La viscosidad de las pinturas es directamente proporcional al porcentaje

de sólido que contienen.

8) El espesante confiere alta viscosidad a bajas velocidades de corte.

9) A altas velocidades de corte los pigmentos que marcan la pauta en el

comportamiento reológico de los diferentes tipos de recubrimientos

arquitectónicos.

80

10) El proceso de dispersión que emplea la empresa actualmente no es el

más adecuado.

11) Para que haya una dispersión eficiente de los pigmentos la carga debe

tener una alta consistencia, por lo cual se debe cambiar el procedimiento de

elaboración (forma como se agrega la carga). Esto es lo que determina la

dispersión y no el incremento en la velocidad de agitación.

12) La culminación del proceso de fabricación de pinturas debe ser a baja

velocidad de cizallamiento para evitar la formación de espuma.

13) La viscosidad es directamente proporcional al grado de finura de la

pintura. Al aumentar la finura de los pigmentos aumenta la viscosidad de las

pinturas.

14) A mayor concentración de volumen de pigmento (CVP) se tiene mayor

viscosidad.

15) Se realizaron formulaciones nuevas y cambios de procedimiento de

fabricación que mejoraron la calidad (comportamiento reológico de las pinturas

A,B y C).

81

4.6 RECOMENDACIONES

1) Dada la complejidad de la formulación y la reología de las pinturas, se

considera conveniente realizar un estudio de la misma en sistemas más sencillos,

como por ejemplo, soluciones de espesante más agua, y posteriormente ir

adicionando gradualmente los componentes, a fin de evaluar la influencia de cada

uno y su interacción en el producto final, con el propósito de obtener la máxima

calidad de la materia prima.

2) Realizar ensayos en la etapa de dispersión aumentando la velocidad de

cizallamiento a valores superiores de 1500 rpm, para estudiar la influencia en el

comportamiento reológico en el producto final.

3) Modificar el procedimiento de elaboración que utiliza actualmente la

empresa, en la etapa de dispersión de los pigmentos, empleando el nuevo

procedimiento, el cual consiste en añadir la carga inicial de pigmento y carbonato

con bajo porcentaje de agua inicial, lo que proporciona mayor finura y dispersión

del producto.

82

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METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y

ASCENSO

TÍTULO ¨Estudio de la influencia de la formulación y del proceso de elaboración en la calidad de diferentes tipos de recubrimientos arquitectónicos para una fábrica de pinturas”

SUBTÍTULO

AUTOR (ES):

APELLIDOS Y NOMBRES

CÓDIGO CVLAC / E MAIL

Rico J. Jackeline R. CVLAC: 15.154.573

EMAIL: [email protected]

PALÁBRAS O FRASES CLAVES:

Pinturas Pigmentos Reología Viscosidad Viscosímetro Brookfield

86

METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y ASCENSO:

ÁREA SUB ÁREA Ingeniería y Ciencias Aplicadas Ingeniería Química

RESUMEN (ABSTRACT): El presente trabajo se inició analizando las fórmulas y procedimientos originales de

la empresa Pinturas América C.A., los cuales posteriormente se variaron de manera

controlada a fin de obtener de resultados tendentes a mejorar su calidad, teniendo

presente que el producto a obtener debe poseer características tales como: fácil

aplicación o esparcimiento, bajo escurrimiento y a su vez permanecer lo más

homogénea posible en el interior del envase entre otras. Antes de variar la

composición de las formulas originales de las pinturas se estudio su comportamiento,

obteniéndose que las mismas presentan las características de un fluido no

Newtoniano, tipo pseudoplástico, dado que la viscosidad obtenida disminuyó a

medida que se aumentó la velocidad de corte. También se apreció en las pinturas

analizadas el fenómeno de tixotropía, es decir, que la viscosidad de las pinturas

disminuyó a través del tiempo una vez en reposo el producto. Finalmente se

compararon las pinturas analizadas con otras de marcas reconocidas y de amplia

aceptación por el mercado, y los resultados fueron similares en comportamiento

reológico.

87


CONTRIBUIDORES:

APELLIDOS Y NOMBRES

ROL / CÓDIGO CVLAC / E_MAIL

ROL CA AS(X) TU JU

CVLAC: V- 11.905.328

E_MAIL [email protected]

Cova B., Alexis J.

E_MAIL

ROL CA AS TU(X) JU

CVLAC: V- 8.296.200 E_MAIL [email protected]

Solano H., Jesús R.

E_MAIL

ROL CA AS TU JU(X)

CVLAC: V- 10.301.828


Marfisi V., Shirley E.

E_MAIL

ROL CA AS TU JU(X)

CVLAC: V- 13.366.691


Moncada, Fidelina

E_MAIL

FECHA DE DISCUSIÓN Y APROBACIÓN:

2010

AÑO

03

MES

01

DÍA

LENGUAJE. SPA

88

METADATOS PARA TRABAJOS DE GRADO, TESIS Y ASCENSO: ARCHIVO (S):

NOMBRE DE ARCHIVO TIPO MIME

Tesis.Estudio_formulación.doc Aplicación/msword

CARACTERES EN LOS NOMBRES DE LOS ARCHIVOS: A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9.

ALCANCE

ESPACIAL: Control de calidad y producción Pinturas América C.A. (OPCIONAL)

TEMPORAL: _ 6 meses_____(OPCIONAL)

TÍTULO O GRADO ASOCIADO CON EL TRABAJO:

Ingeniero Químico_____________________________________________

NIVEL ASOCIADO CON EL TRABAJO:

Pregrado______________________________________________________

ÁREA DE ESTUDIO:

Departamento de Ingeniería Química______________________________

INSTITUCIÓN:

Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui_______________________

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DERECHOS De acuerdo al artículo 41 del Reglamento de Trabajo de Grado:

“Los Trabajos de Grado son exclusiva propiedad de la Universidad y solo

podrán ser utilizados a otros fines con el consentimiento del Consejo de

Núcleo respectivo, quien lo participará al Consejo Universitario”

_______________________

Jackeline R. Rico J. AUTOR

_______________ _________________ __________________ Prof. Alexis Cova Prof. Shirley Marfisi Prof. Fidelina Moncada

TUTOR JURADO JURADO

______________ Ing. Jesús Solano

TUTOR

______________________ Prof. Yraima Salas

POR LA SUBCOMISION DE TESIS

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